Hydrogel Supramoléculaire Catalytique pour la Chimie en Flux – CASH

Ce projet porte sur l’auto-assemblage de peptides initié par des enzymes au sein de mousses polymères à cellules ouvertes (hydrogels supramoléculaires supportés appelés CASH). Ces hydrogels présentent une activité catalytique résultant soit de l'auto-assemblage des peptides eux-mêmes, soit des enzymes incorporées dans ces auto-assemblages. En 2019, les deux partenaires universitaires de ce projet ont montré qu'un tel CASH conduit à l’élaboration de réacteurs catalytiques en flux particulièrement performants. Ce travail pionnier a été breveté (EP19306077) et publié très récemment (Angew. Chem., Int. Ed. 2019). Le matériau hybride résultant est mécaniquement robuste et présente une importante activité estérase vis-à-vis de toutes les classes d'esters, une caractéristique unique pour un auto-assemblage catalytique. Mais plus intéressant encore, l'enzyme utilisée pour obtenir l'hydrogel catalytique est toujours présente et active dans le matériau, ouvrant la porte à des transformations (bio)chimiques multiples et combinées. Lors d'expériences préliminaires, nous avons observé que l'encapsulation d’enzymes dans l'hydrogel leur confère une très grande stabilité, allant jusqu'à au moins un an pour certaines enzymes, augmentant ainsi considérablement la durée de vie du réacteur en flux. Cette caractéristique est intéressante dans l’éventualité d’un transfert de technologie vers l’industrie. En se basant sur la conception de peptides, des simulations de dynamique moléculaire, la (bio)catalyse et les recherches en génie chimique, notre objectif ici est de concevoir des phases catalytiques originales et très performantes pour les développements de notre stratégie de CASH supportée utilisée en flux, soulignant ainsi le potentiel de cette approche pour les applications industrielles. Deux types de CASH seront développés : (i) CASH dont l'activité catalytique provient de l'auto-assemblage peptidique lui-même (appelé voie SA) et (ii) CASH dont l'activité catalytique provient d'enzymes encapsulées dans l'architecture d'auto-assemblage peptidique (appelé voie E).
Tout d'abord, ce projet vise à établir une séquence peptidique générale permettant de concevoir une grande variété de CASH supportés présentant diverses activités catalytiques. L'aldolisation est ciblée pour illustrer le potentiel de notre stratégie de conception peptidique. Deuxièmement, nous développerons une méthode universelle pour encapsuler tous les types d'enzymes dans des hydrogels supramoléculaires, ce qui conduira à des matériaux actifs sur le plan enzymatique pour remplir des réacteurs tubulaires à écoulement (voie E). En collaboration avec ALYSOPHIL, notre partenaire industriel expert en chimie en flux, nous développerons un réacteur à l'échelle du gramme et appliquerons notre technologie de la voie SA ou de la voie E à des composés d'intérêt industriel. Afin de contrôler la conception et l'utilisation des différents CASH supportés, des investigations fondamentales seront réalisées à la fois expérimentalement et en utilisant des simulations informatiques de dynamique moléculaire. Nous aborderons des questions telles que le mécanisme du processus d'auto-assemblage initié par les enzymes, la dynamique des enzymes dans l'hydrogel auto-assemblé (mobilité, équilibre thermodynamique entre les enzymes liées à l'auto-assemblage et les enzymes libres), les propriétés mécaniques du CASH résultant et sa stabilité lorsqu'il est mis en contact avec des mélanges eau/solvant.
Ce projet est un "PRCE" allant de TRL1 à TRL5. Notre objectif est de conserver notre position de leader scientifique et de transférer notre technologie vers l’industrie pour procurer une avance technologique compétitive. La chimie en flux permet d’entrevoir des économies d'énergie, d’augmenter le rendement et la sélectivité et ainsi de réduire les coûts de production.