Les équipes de recherche
Des laboratoires de pointe au sein de SysChem qui génèrent régulièrement de beaux palmarès
laboratoires de recherche
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chercheurs
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prix Nobel de chimie
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financements ERC
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(parmi les financements européens les plus prestigieux)
médailles du CNRS
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Des prix Nobel à la nouvelle génération de chercheurs
Dr Jean-François Lutz
2 ERC
dont 1 ERC proof of conceptMédaille d'argent du CNRS (2018)
Dr Giulio Ragazzon
1 ERC
Classé dans le top 5 du 'Dream Chemistry Award' en 2021, qui récompense les jeunes chimistes rêvant de résoudre des problèmes fondamentaux avec des idées audacieuses.
Dr Andrey Klymchenko
2 ERC
dont 1 ERC proof of conceptMédaille de bronze du CNRS (2010)
Découvrez la liste des laboratoires classés par thématiques de recherche
Paolo Samori – Nanochimie
Alberto Bianco – Nanomatériaux 2D et carbonés multi-fonctionnels à visée thérapeutique
Giulio Ragazzon – Les processus chimiques dirigés par l’énergie
Amir Hoveyda – Synthèse chimique catalytique
Marco Cecchini – Ingénierie des Fonctions Moléculaires
Vincent Robert – Chimie quantique
Burkhard Bechinger – Biophysique des Membranes et RMN
Alberto Bianco – Nanomatériaux 2D et carbonés multi-fonctionnels à visée thérapeutique
Peter Faller – Biométaux et chimie biologique
Petra Hellwig – Bioélectrochimie et Spectroscopie
Alexandre Klymchenko – Nanochimie et bioimagerie
Vladimir Torbeev – Chimie des protéines
Nicolas Giuseppone – Synthèse et auto-assemblage moléculaires et supramoléculaires
Jean-Marie Lehn – Chimie supramoléculaire
Jean-Pierre Sauvage – Chimie organo-minérale
Jean-François Lutz – Chimie macromoléculaire de précision
Jean-François Nierengarten – Chimie des matériaux moléculaires
Biophysique des Membranes et RMN
Le laboratoire étudie des systèmes chimiques complexes, tels qu’ils sont présents dans la nature, par des approches physico-chimiques. L’équipe s’intéresse à la structure, à la dynamique et aux interactions des peptides et des lipides associés à la membrane afin de comprendre leur fonction biologique, par exemple les peptides ayant des activités antimicrobiennes. L’équipe travaille aussi sur la transfection des acides nucléiques pour la thérapie génique et la médecine personnalisée. Elle s’intéresse notamment aux molécules auxiliaires, permettant le transport de l’ADN et de l’ARN dans la cellule. Les peptides développés au sein du laboratoire présentent de fortes activités de transport et pourraient être utilisés pour délivrer des molécules thérapeutiques.
Nanomatériaux 2D et carbonés multi-fonctionnels à visée thérapeutique
Le groupe guidé par Alberto Bianco est spécialisé dans les nanobiotechnologies et la nanomédecine. Les différents axes de recherche concernent la conception, la synthèse, la caractérisation et l’étude des applications biomédicales de nanomatériaux à base de carbone tels que les nanotubes, le graphène, l’adamantane ou encore l’oxyde de graphène. L’équipe se concentre sur le développement de nouvelles stratégies pour la vectorisation de molécules d’intérêt thérapeutique et la conception de nouveaux outils pour l’imagerie. Cette approche a permis de développer de nouveaux moyens de vectorisation de différentes classes de biomolécules, telles que des peptides bioactifs, des molécules antibiotiques et anticancéreuses, de l’ADN ou encore des siRNA. Le laboratoire couvre également l’étude fondamentale du métabolisme, de la toxicité, des mécanismes d’élimination par l’organisme et de la biodégradation des nanomatériaux à base de carbone, afin d’évaluer leur impact sur la santé et de valider leur utilisation comme nouveaux supports thérapeutiques. L’équipe explore également de nouvelles approches impliquant d’autres matériaux bi-dimensionnels tels que le nitrure de bore (hBN) et les dichalcogénures de métaux de transition (par exemple, MoS2).
Ingénierie des Fonctions Moléculaires
Le laboratoire est spécialisé dans les recherches en modélisation, à l’interface entre les sciences de la vie et les sciences des matériaux. L’équipe s’intéresse aux problèmes d’intérêts médicaux et/ou technologiques pour développer des stratégies informatiques à partir de simulations moléculaires de pointe et fournir une interprétation quantitative des phénomènes fondamentaux à l’échelle moléculaire, de la reconnaissance et l’auto-assemblage à la régulation allostérique d’importants récepteurs de neurotransmetteurs.
Biométaux et chimie biologique
Le groupe travaille à l’interface de la chimie avec la biologie et la médecine. Les objectifs sont d’un côté de comprendre les processus chimiques en biologie et en médecine en obtenant des informations moléculaires et, de l’autre, de synthétiser de nouveaux composés en tant qu’outils chimiques pour la biologie et/ou pour des applications thérapeutiques. L’expertise du groupe réside principalement dans la (bio)chimie des ions métalliques, les complexes métal-ligand et métal-peptides, la synthèse de peptides, l’auto-assemblage de peptides comme les amyloïdes, et la bioconjugaison.
Les applications sont diverses et comprennent l’élaboration de capteurs (fluorescence, luminescence, IRM, agent de contraste, RMN, …), de composés anticancéreux et antimicrobiens, de composés thérapeutiques potentiels pour les maladies neurodégénératives, telles que la maladie d’Alzheimer ou la maladie de Parkinson, la biocatalyse par des biomatériaux.
Synthèse et Auto-assemblage Moléculaires et Supramoléculaires
L’équipe menée par Nicolas Giuseppone poursuit des travaux de recherche en chimie supramoléculaire et dans le domaine des machines moléculaires.
La complexité et les performances caractérisant les systèmes vivants résultent d’une structure combinant plusieurs niveaux d’organisation hiérarchique dans l’espace et dans le temps. Un des défis majeurs auquel est aujourd’hui confrontée la chimie supramoléculaire, en particulier à ses interfaces avec la physique et la biologie, est de concevoir des molécules capables de s’organiser spontanément pour aboutir à des (bio)matériaux ayant de nouvelles propriétés fonctionnelles à différentes échelles. Cette approche dite « bottom-up » (du plus petit vers le plus grand) des nanosciences est aujourd’hui envisageable grâce à l’exploitation des phénomènes d’auto-organisation programmée à l’échelle moléculaire.
L’équipe de Nicolas Giuseppone s’intéresse à la compréhension et à la génération d’auto-assemblages et de mouvements moléculaires contrôlés, à leur dynamique et à leur coopérativité. Ces connaissances ont pour but de générer des systèmes complexes, capables de rentrer en interaction avec leur environnement et de s’y adapter par des processus d’émergence. D’un point de vue applicatif, de telles propriétés seront nécessaires pour aboutir à la prochaine génération de matériaux dits « intelligents ».
Bioélectrochimie et Spectroscopie
Le laboratoire est spécialisé dans l’étude des enzymes : les catalyseurs extrêmement performants, que la nature nous présente, et qui réalisent les réactions chimiques nécessaires à la vie cellulaire. Le pouvoir catalytique des enzymes permet de produire des
substances et de l’énergie, indispensables au bon fonctionnement des organismes vivants.
Plus particulièrement l’équipe fait appel à la spectroscopie infrarouge (IR) différentielle et Raman, associée à l’électrochimie, pour étudier le fonctionnement catalytique des protéines et élucider leurs mécanismes.
L’expertise scientifique de l’équipe s’appuie sur l’utilisation des nanomatériaux pour concevoir une électrochimie directe sur des protéines membranaires. Elle développe également des approches sur la thermostabilité des protéines et sur l’identification de marqueurs spectroscopiques de maladies telle que la maladie d’Alzheimer dans des tissus biologiques.
Synthèse chimique catalytique
Amir Hoveyda est l’un des 12 chercheurs lauréats de la 3e vague de l’appel à projets « Make our planet great again » (MOPGA) lancé par le président de la République française Emmanuel Macron. Les recherches menées au sein de son laboratoire se concentrent sur la conception de molécules organiques stéréochimiquement définies, petites ou macromolécules, qui jouent ou pourraient jouer un rôle crucial dans le développement de médicaments, tels que les composés anticancéreux, antitumoraux et contre l’hépatite C
Amir Hoveyda est un des leaders mondiaux de la métathèse d’oléfines. En particulier, son équipe travaille sur de nouvelles méthodes de catalyse efficaces, sélectives, largement applicables et pratiques (évolutives) qui permettent d’accéder à des entités à haute valeur ajoutée. Il développe des systèmes multicatalytiques plus économes en énergie, durables et rentables (par exemple, pas de métaux précieux), une chimie innovante qui répond aux grands enjeux environnementaux de manière pratique et réaliste.
Sur ces mêmes principes, Amir Hoveyda est co-fondateur de l’entreprise européenne XiMo, au côté de Richard Schrock. Il est également lauréat d’un financement européen « ERC Advanced Grants 2021 » pour la conception de nouvelles classes de catalyseurs de métathèse d’oléfines. Une large gamme d’oléfines tétrasubstituées, jusque-là encore jamais développées et essentielles à la découverte de médicaments, sont actuellement en développement.
Nanochimie et bioimagerie
Les recherches du laboratoire sont axées sur le développement de nouvelles molécules et nanoparticules fonctionnelles, appelées sondes fluorescentes, pour des applications biologiques et biomédicales. Ces sondes moléculaires fluorescentes permettent d’imager la structure et la fonction des cellules vivantes au niveau moléculaire, grâce à des nouveaux concepts basés sur différents phénomènes photochimiques. Il est question d’exploiter ces concepts pour pour la biodétection et la bioimagerie, en particulier des sondes pour les biomembranes, les organites intracellulaires, les protéines membranaires et les acides nucléiques. Six sondes membranaires ont déjà été commercialisées (par ThermoFisher Scientific et Cytoskeloton).
L’équipe développe également des nanoparticules organiques fluorescentes auto-assemblées ultrabrillantes, à base de polymères ou de lipides chargés de colorants fluorescents, pour la biodétection et la bio-imagerie. En particulier, à partir d’une conception innovante de polymères et de colorants ioniques avec des contre-ions volumineux, le laboratoire développe des nanoparticules de petite taille contrôlée, à la fluorescence brillante et au transfert d’énergie efficace. Ces nanoparticules sont utilisées comme échafaudages pour la synthèse de nanosondes ultrabrillantes pour la détection d’acides nucléiques et de protéines dans les cellules et les liquides biologiques. Ces nanosondes sont intéressantes à la fois pour la recherche fondamentale sur la bioimagerie de cibles peu abondantes et pour la détection ultrasensible de marqueurs bimoléculaires dans les diagnostics.
Récemment, l’équipe a développé de nouveaux matériaux fluorescents, fonctionnant dans les régions du visible et du proche infrarouge, et qui sont appliqués pour la chirurgie guidée par l’image en collaboration avec les chirurgiens de l’IRCAD.
Chimie Supramoléculaire
Prix Nobel de chimie en 1987, Jean-Marie Lehn est le fondateur de la chimie supramoléculaire. Il a débuté sa carrière en s’intéressant tout d’abord à la reconnaissance moléculaire, et en particulier son rôle important dans les processus biologiques. À partir de là, ses recherches se sont élargies en englobant la catalyse et les processus de transport supramoléculaires. Elles se sont aussi étendues à la conception de composants moléculaires comme bases de l’électronique et de la photonique moléculaire. Un autre axe de développement concerne la conception de systèmes « programmés » capables d’auto-organisation par assemblage spontané de composants adéquats en des architectures supramoléculaires bien déterminées.
Auteur de plus de 1000 publications, il est membre de multiples académies
et institutions ainsi que de conseils d’entreprises privées.
Chimie Macromoléculaire de Précision
L’équipe étudie la synthèse de polymères non-naturels dits « de précision » : des matériaux à très haute valeur ajoutée, possédant des agencements complexes de monomères dans leurs chaînes. L’équipe se focalise sur des approches nouvelles qui doivent être simples, peu coûteuses et facile à mettre en œuvre.
L’équipe est la première au monde à synthétiser des polymères « codés » possédant des séquences parfaitement contrôlées de monomères. A l’instar des macromolécules naturelles (protéines, ADN), le laboratoire peut préparer des structures parfaitement définies à l’échelle moléculaire. Ces nouveaux matériaux ouvrent des applications inédites pour les matériaux polymères, notamment dans le domaine de la lutte anti-contrefaçon.
Par ailleurs, ces matériaux nouvelle génération, à structure parfaitement contrôlée, ouvre également la voie du stockage de données sur polymères. En effet, les chercheurs sont parvenus à y inscrire un code binaire identique à celui utilisé dans le langage informatique : une alternative chimique pour le stockage d’information sur des matériaux de plus en plus petits, et de plus en plus pérennes.
D’autres applications sont étudiées au sein du laboratoire, telles que la délivrance de médicaments à partir de structures bio-hybrides alliant des segments synthétiques à des macromolécules naturelles (aptamères d’ADN), ou encore le recyclage de matériaux plastiques.
Chimie des matériaux moléculaires
L’équipe est reconnue pour ses contributions dans le domaine de la chimie des fullerènes, de la chimie des métaux de transition et de la chimie supramoléculaire. La recherche est fortement axée sur la synthèse et porte sur une grande variété de sujets de recherche allant du développement de matériaux moléculaires, de composés bioactifs à la construction d’ensembles supramoléculaires aux propriétés électroniques originales.
Plus récemment, l’équipe a lancé un nouveau programme de recherche dans le domaine de la chimie du pillar[5]arène, composés macrocycliques uniques, aux applications thérapeutiques encore inexploitées.
Les processus chimiques dirigés par l’énergie
Les recherches de ce groupe s’inspirent de la manière dont la conversion d’énergie se produit dans la biologie. S’inspirant de la nature, ce groupe étudie des molécules entièrement artificielles capables d’absorber de l’énergie à partir d’une source. En d’autres termes, ils explorent des stratégies non conventionnelles pour la conversion d’énergie. Parmi les sources d’énergie étudiées, on trouve la lumière, l’électricité et l’énergie chimique. Nous avons peut-être moins l’habitude de considérer l’énergie chimique parmi ces trois sources, mais c’est pourtant elle qui alimente notre biologie, et les chimistes apprennent seulement maintenant à concevoir des mécanismes qui récoltent l’énergie chimique pour accomplir des tâches utiles. En apprenant à absorber l’énergie, nous pouvons réaliser des processus impossibles sans source d’énergie, tels que l’assemblage de structures à haute énergie, le transport de molécules dans des compartiments spécifiques, et même le refroidissement des environs – de la même manière qu’un réfrigérateur nécessite de l’électricité pour fonctionner.
L’expertise centrale de ce laboratoire réside dans les mesures expérimentales utilisant des techniques qui révèlent les propriétés moléculaires, principalement en solution. Cependant, les travaux du laboratoire couvrent également la chimie organique synthétique et les investigations théoriques, avec une perspective sur la science des matériaux et les processus biochimiques. Une motivation concrète à long terme de cette recherche est de s’attaquer aux maladies mitochondriales, qui affectent les organites responsables de la production d’énergie pour la cellule. Ces maladies restent sans remède, probablement parce que nous n’avons pas encore pleinement compris les phénomènes de conversion d’énergie au niveau moléculaire.
Chimie quantique
L’activité menée au laboratoire vise à décrire par les outils théoriques et leur développement, les propriétés électroniques des architectures moléculaires et des matériaux. La complexité émerge de la nature des interactions inter-et intramoléculaires gouvernées par la corrélation électronique, les liaisons faibles ou les transferts de charge. L’examen de ces phénomènes permet de rendre compte de comportements remarquables tels que le magnétisme moléculaire, la transition de spin, la spintronique et la reconnaissance moléculaire.
Nanochimie
L’activité de recherche du laboratoire est axée sur la relation entre architecture et fonction dans les matériaux multifonctionnels nano-structurés organiques ou dérivés du graphène. Ces travaux de recherche reposent sur la combinaison d’approches impliquant la chimie supramoléculaire, l’auto-assemblage hiérarchique, la nanochimie/nanophysique des surfaces et des interfaces, le développement de matériaux fonctionnels et l’étude de leurs propriétés physico-chimiques fondamentales, ainsi que la fabrication de (nano)dispositifs optoélectroniques basés sur des architectures supramoléculaires hybrides.
L’équipe s’intéresse à la chimie des matériaux bidimensionnels (2D), les systèmes supramoléculaires intelligents et les matériaux et (nano)dispositifs multifonctionnels de haute performance afin de développer un « Internet des fonctions » pour l’énergie, la détection et les applications optoélectroniques. Cela comprend :
- L’ingénierie des matériaux 2D (graphène et autres composés stratifiés) : production, réglage de leurs propriétés, fabrication de dispositifs pour l’optoélectronique et la détection ;
- Adaptation multi-échelle de systèmes supramoléculaires intelligents : développement de matériaux hybrides multi-réactifs ;
- Matériaux et (nano)dispositifs multifonctionnels à haute performance pour l’optoélectronique, la détection, le stockage de données, le stockage d’énergie, etc.
Chimie Organo-Minérale
Jean-Pierre Sauvage s’est vu décerner le prix Nobel de chimie en 2016. Cette distinction récompense des travaux pionniers sur la conception et la synthèse de machines moléculaires. Ces assemblages de taille nanométrique sont capables de se mettre en mouvement de façon contrôlée en réponse à divers signaux tels que la lumière UV, par exemple.
La nature regorge de machines protéiques complexes que les chimistes cherchent à décrypter. A l’instar d’un muscle qui se contracte, elles interviennent dans de nombreux processus biologiques. Inspiré de ces processus, Jean-Pierre Sauvage a consacré sa carrière à synthétiser des molécules se comportant comme des machines. Le défi : parvenir à déclencher et contrôler leur mouvement grâce à des signaux (physiques, chimiques, électriques…) modifiant l’équilibre des forces entre les atomes. Systèmes rotatifs oscillants, «navette» moléculaire ou muscles artificiels à l’échelle nanométrique, sont quelques-uns des systèmes dynamiques synthétiques mis au point par le chercheur.
Ces nanomachines sont promises à un bel avenir. De nombreuses applications sont actuellement étudiées : transport ciblé de médicaments, conception de matériaux déformables, stockage d’information dans des ordinateurs « moléculaires », interrupteur moléculaire commandé par la lumière…
Chimie des protéines
Ce groupe de recherche se spécialise en chimie biologie et caractérisation de protéines par les outils biophysiques, pour étudier les problèmes biologiques, notamment au niveau des maladies neurodégénératives. Les sujets de recherche incluent les bases moléculaires du mauvais repliement des protéines, les méthodologies pour la synthèse combinatoire de protéines à haut débit, les nouvelles approches chimiques pour étudier et cibler les protéines intrinsèquement désordonnées et la conception de protéines. L’équipe développe notamment de nouveaux outils qui permettront la synthèse chimique robuste de bibliothèques de protéines comprenant (100-10 000) composés.
