Point quantique Com

Avec le nom et le logo de l'entreprise collés sur la porte vitrée, les cartons déballés, un bureau d'accueil vide et de jeunes scientifiques s'affairent, cela pourrait être n'importe quelle entreprise de la Silicon Valley dans le chaos du démarrage. Mais cela, cela devient vite évident, n'est pas une startup ordinaire. Vous commencez à remarquer la différence quelques portes après la cafetière. Juste au bout du couloir, dans une pièce sans fenêtre éclairée par la faible lueur d'un laser vert tirant à travers un labyrinthe d'équipements optiques, vous trouverez les joyaux de la couronne de l'entreprise, de minuscules particules émettant une variété de couleurs. Ce sont des cristaux-points quantiques composés de quelques centaines d'atomes seulement. Vus à travers un microscope optique ordinaire, ils scintillent comme des étoiles dans un ciel sans lune.

Quantum Dot Corporation - et sa poignée d'investisseurs en capital-risque de premier plan - parie que ces points lumineux changeront la façon dont les biologistes perçoivent le monde cellulaire. Les particules ne mesurent que quelques nanomètres (milliardièmes de mètre) de diamètre. Parce que c'est à peu près la même taille qu'une molécule de protéine ou qu'une courte séquence d'ADN, les points quantiques pourraient être des balises presque parfaites pour éclairer les événements biologiques. Ils sont disponibles dans une palette de couleurs presque illimitée et peuvent être liés à des biomolécules pour former des sondes sensibles permettant d'identifier des composés spécifiques et de suivre des événements biologiques.

Cette histoire faisait partie de notre numéro de janvier 2000

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Les étiquettes fluorescentes sont omniprésentes en médecine et en biologie, utilisées dans tout, des tests VIH à l'imagerie des fonctions internes des cellules. Mais les colorants sur lesquels les biologistes s'appuient maintenant présentent de sérieux inconvénients. D'une part, différents types de molécules de colorant doivent être utilisés pour chaque couleur, et un laser correspondant doit être utilisé pour obtenir un colorant fluorescent : un laser vert pour un colorant vert, jaune pour un colorant jaune, et ainsi de suite. Les couleurs émises par les colorants ont tendance à se mélanger et l'utilisation d'une combinaison de lasers est difficile à manier. Ces limitations signifient que, dans la pratique, vous ne pouvez pas rechercher plus de quelques types de biomolécules à la fois. De plus, les colorants s'estompent rapidement, l'imagerie est donc une affaire unique.

Les points quantiques n'ont aucun de ces défauts. Vous pouvez créer des points de couleur vive simplement en faisant varier la taille des nanoparticules et faire un arc-en-ciel de ces couleurs fluorescent avec de la lumière blanche ou un laser monocolore. De plus, les nanoparticules continuent à briller beaucoup plus longtemps que les colorants. Ces améliorations vous permettent de marquer simultanément divers composants biologiques, par exemple différentes protéines ou diverses séquences d'ADN, avec des nanopoints colorés spécifiques.

Ce genre de flexibilité pourrait signifier un moyen peu coûteux et facile de dépister un échantillon de sang pour la présence d'un certain nombre de virus différents en même temps. Cela pourrait également donner aux médecins un aperçu rapide de l'état d'un patient. Par exemple, la présence d'un ensemble particulier de protéines est un indicateur fort qu'une personne a une crise cardiaque ; les points quantiques pourraient offrir un test simple et rapide pour détecter ces protéines. Sur le plan de la recherche, la capacité de marquer simultanément plusieurs biomolécules pourrait fournir un moyen puissant de surveiller les changements cellulaires complexes et les événements associés aux maladies, fournissant des indices pour la découverte de médicaments.

Point de l'iceberg

Le défi, bien sûr, consiste à transformer ce potentiel scientifique brut en une entreprise viable. C'est là qu'intervient Quantum Dot, basée à Palo Alto, en Californie. Comme toute autre entreprise technologique naissante, elle doit attirer un soutien financier en épatant les investisseurs et en élaborant un plan d'affaires viable, ainsi qu'en repoussant la concurrence émergente en créant une solide portefeuille de technologies (voir encadré : Compétition quantique). Mais pour Quantum Dot, les défis vont au-delà de ceux d'une startup typique. Non seulement elle veut réussir commercialement, mais elle veut le faire en allant là où peu d'entreprises sont allées auparavant : en utilisant la nanotechnologie (manipulation et construction de matériaux à l'échelle nanométrique) comme outil en médecine et en biologie.

Même dans la recherche fondamentale, sans parler du monde commercial, l'interface de la nanotechnologie et de la biologie est en grande partie un territoire inexploré. Les points quantiques ont intrigué les physiciens à la recherche de nouveaux types de dispositifs électroniques et optiques depuis plus d'une décennie, mais peu de chercheurs en biologie y ont réfléchi. Pour réussir, la start-up doit associer biotechnologie et nanotechnologie. Ajoutant à la difficulté, la plupart des investisseurs en capital-risque - dont le soutien de nos jours est essentiel à presque toutes les startups - ont affiché une aversion pour tout ce qui sonne aussi ésotérique que la nanotechnologie. Ils peuvent se précipiter pour financer des startups point-com, mais mettez le mot quantum devant le mot point et les yeux commencent à briller.

Ceux qui forment Quantum Dot, cependant, parient que le potentiel de cette technologie de pointe finira par mettre au point ces yeux vitreux. La société est co-fondée par une paire d'initiés accomplis de la Silicon Valley, Joel Martin et Bala Manian, qui ont aidé à lancer une demi-douzaine d'entreprises technologiques dans les domaines des dispositifs médicaux et de l'instrumentation. Au cours des huit premiers mois d'existence de Quantum Dot, le duo d'entrepreneurs avait levé 7,5 millions de dollars en capital-risque. Le PDG et président Martin dit que susciter l'enthousiasme des investisseurs est une question de timing : saisir une technologie au moment même où une explosion de progrès scientifiques l'amène à la limite de la praticité commerciale. Vous devez avoir quelque chose qui sera sur le marché au cours des deux prochaines années, dit Martin. Il ne peut pas être si loin qu'il soit à la pointe de la technologie. En même temps, ajoute-t-il, il est important que la technologie capture l'imagination des gens.

Dans la lueur

En 1997, cependant, lorsque Martin a commencé à acheter de nouvelles technologies, plusieurs groupes de chercheurs avaient commencé à rendre les points quantiques plus lumineux et plus pratiques. Avec ces améliorations, le potentiel de leur utilisation dans l'imagerie biologique et le diagnostic devenait de plus en plus évident. Il a commencé à sembler qu'il serait possible de transformer des nanoparticules en sondes sensibles qui se concentreraient sur des cibles biologiques spécifiques, brillant tout le temps dans des couleurs distinctives qui disaient : Voilà ! avec le virus, une protéine de grand intérêt, peut-être un ADN spécifique.

Le mouvement vers les applications biologiques a été un long processus, sans qu'aucune percée ne montre la voie. Mais une réalisation clé, explique Paul Alivisatos, chimiste à l'Université de Californie, Berkeley, qui a contribué à un certain nombre d'avancées importantes, est que les points quantiques sont des macromolécules, la taille des protéines. Une fois que vous vous rendez compte que les échelles de taille sont compatibles, vous dites, d'accord, ces choses peuvent aller ensemble. Ajoute Moungi Bawendi, un chimiste du MIT qui a travaillé sur les particules pendant plus d'une décennie : La biologie n'est pas ce à quoi nous pensions au départ. Mais dans un certain sens, c'est une bien meilleure application - c'est naturel.

Si naturel, en fait, qu'Alivisatos et son collaborateur Shimon Weiss, physicien au Lawrence Berkeley Laboratory, et l'étudiant diplômé Marcel Bruchez, ont commencé à discuter des opportunités commerciales au milieu des années 1990. Nous trébuchions, essayant de former une entreprise pour exploiter le potentiel biologique des points quantiques, explique Alivisatos. Puis, en 1997, ils ont reçu un appel téléphonique de Joel Martin, qui errait dans la Silicon Valley à la recherche de la nouveauté. En une nanoseconde, Alivisatos invitait le capital-risqueur et son chèque d'un million de dollars au laboratoire de Berkeley pour une visite.

Le potentiel des points quantiques a été confirmé fin 1998 par la publication de deux articles révolutionnaires dans la revue Science démontrant que les nanoparticules pouvaient être rendues compatibles avec les systèmes vivants et utilisées comme bio-sondes. Un article a été rédigé par Alivisatos et ses collègues de Berkeley, l'autre par le chimiste de l'Université de l'Indiana, Shuming Nie. Les deux groupes de chercheurs avaient appris à dissoudre les nanoparticules dans l'eau et à enrober les minuscules cristaux d'une couche externe à laquelle ils pouvaient facilement lier des biomolécules capables de reconnaître des protéines ou de l'ADN. La recherche a confirmé le potentiel des sondes à points quantiques pour des tests de diagnostic sensibles, voire des analyses génétiques.

Dans le cadre de la recherche, les équipes scientifiques ont démontré des moyens de détecter des protéines à l'intérieur et à la surface d'une cellule, suggérant une possibilité alléchante - il pourrait être possible d'attacher un seul nanopoint lumineux à, disons, une protéine, comme moyen de regarder événements cellulaires. De telles observations pourraient fournir une bien meilleure compréhension du fonctionnement des cellules et de ce qui peut mal tourner, fournissant des indices précieux pour le développement de futurs produits pharmaceutiques et thérapeutiques.

Un mois après les articles de Science, Quantum Dot a été lancé. Martin et Manian ont recruté des chercheurs de pointe en nanodots au sein du conseil consultatif scientifique de l'entreprise et leur ont donné une participation financière dans le succès de l'entreprise. Cela signifiait faire des partenaires des rivaux de longue date Alivisatos, Bawendi, Nie et Paul Mulvaney, professeur de chimie à l'Université de Melbourne. Pour faire bonne mesure, la startup a embauché Bruchez et Stephen Empedocles, récemment titulaires d'un doctorat des laboratoires de chimie d'Alivisatos et de Bawendi, en tant que scientifiques. La société a concédé sous licence des technologies clés aux universités, recueillant un portefeuille de propriété intellectuelle couvrant l'utilisation des points quantiques en biologie.

Martin dit que même si la valeur scientifique de la technologie a cliqué la première fois qu'il l'a vue, le chemin vers la commercialisation n'était pas aussi évident. De toute évidence, la startup ne voulait pas concurrencer directement les géants du diagnostic et des instruments d'analyse tels que Roche et Perkin-Elmer, et tout aussi clairement, elle ne voulait pas simplement fournir des points quantiques en tant qu'articles de base. La réponse, dit Martin, était un modèle commercial imitant Intel. Le fabricant de puces vise à mettre ses microprocesseurs dans l'ordinateur de tout le monde ; Quantum Dot tenterait de faire de ses nanoparticules un élément essentiel des kits de diagnostic et des instruments d'analyse. La stratégie consistait à faire des grands fabricants des clients et non des concurrents.

Le plan d'affaires de Quantum Dot appelle la société à commencer à expédier des quantités de test de points à des clients potentiels cet hiver pour leur permettre d'évaluer la valeur des nanoparticules dans les tests de diagnostic et la découverte de médicaments. Les accords avec les luthiers viendront plus tard, dit Martin. Il estime que la startup dispose de suffisamment d'argent pour survivre encore un an, mais dit qu'elle prévoit de lever plus d'argent ce printemps.

La société s'attend à avoir un produit commercial d'ici le milieu de l'année, et Martin dit que les premières applications viendront probablement dans le domaine de la recherche sur les médicaments. Mais à plus long terme, une application qui tue se démarque. Quantum Dot travaille sur des codes-barres biologiques contenant des billes de polymère contenant une combinaison connue de milliers, voire de millions de points quantiques. Chacune de ces billes aurait une signature de couleur connue, un code à barres spectral. Au lieu d'utiliser un point quantique pour marquer une biomolécule en s'y liant, les scientifiques visent à créer des tests d'analyse génétique à la surface des billes. Les laboratoires sur puce sont l'une des nouvelles approches les plus en vogue en matière d'analyse génétique, et Quantum Dot espère que son laboratoire sur une perle pourrait être un moyen plus facile de reconnaître les séquences de gènes. Les chercheurs attachent une séquence particulière d'ADN à la surface de chaque type de bille. Parce que vous pouvez facilement former des milliers, voire des millions de billes chacune avec une sonde d'ADN distincte (et identifier facilement chaque sonde à l'aide du code à barres), la technique pourrait fournir un moyen rapide d'identifier simultanément un grand nombre de séquences de gènes dans, disons, un échantillon de sang, constituant un précieux outil de diagnostic et de recherche.

Quand cool ne suffit pas

Malgré leur succès précoce dans la collecte de fonds, les fondateurs de Quantum Dot sont conscients que l'entreprise entre dans une période de vie ou de mort. Sans produit à succès dans l'immédiat, l'entreprise se trouve dans une phase vulnérable commune à de nombreuses startups. Chaque opportunité a une fenêtre temporelle. Il y a toujours des technologies concurrentes, explique le co-fondateur Manian. Nous pouvons réussir dans trois ans, mais si quelqu'un a trouvé une alternative dans deux ans, le train aura déjà quitté la gare. Manian dit que l'entreprise a des jalons. En regardant les barrières que vous rencontrez, vous faites des appels subjectifs : cela sera-t-il résolu en une semaine ou cela prendra-t-il deux ans ? Si cela prend deux ans, il faut immédiatement chercher des alternatives ou un filet de sécurité. Le facteur de fraîcheur, prévient-il, s'estompera très rapidement si vous ne pouvez pas le supporter avec des avantages économiques. Il doit aboutir à des applications dans le monde réel.

Ce sentiment d'urgence dans le développement d'utilisations pour les nanoparticules a attiré certains des meilleurs et des plus brillants jeunes scientifiques des points quantiques dans l'entreprise. Dans le laboratoire d'optique de Quantum Dot, Stephen Empedocles, 30 ans, est clairement aux commandes. C'est la vitrine de l'entreprise, où les investisseurs potentiels viennent se laisser impressionner. Mais Empédocle se tient là avec confiance, invitant un visiteur à jeter un coup d'œil au microscope sur les particules individuelles, pas beaucoup plus grosses que quelques atomes, qui brillent de mille feux. C'est un aperçu du nanomonde qui ne manquera pas de capter la fantaisie - et peut-être le chéquier - d'un investisseur.

Mais l'appareil expérimental qui sillonne la table du laboratoire comme un labyrinthe trahit le fait qu'il s'agit toujours d'une science de pointe. Empedocles a rejoint Quantum Dot immédiatement après avoir obtenu son doctorat en chimie du MIT au printemps dernier. Déjà un expert reconnu dans le développement de techniques analytiques pour détecter les points quantiques uniques, Empédocle aurait pu occuper un poste dans un grand organisme de recherche ou choisir parmi un certain nombre de postes universitaires. Mais il a été attiré par les défis et les opportunités de prendre la science fondamentale des points quantiques et d'utiliser la technologie pour avoir un impact sur le monde réel.

Même au MIT, dit Empedocles, les gens ne pouvaient pas comprendre pourquoi [il rejoindrait une nouvelle entreprise risquée.] Personne d'autre que je connaissais n'est allé dans une startup. La raison en est que la culture entrepreneuriale qui s'est enracinée dans la recherche informatique et biotechnologique reste embryonnaire dans les sciences physiques. Pourtant, si Quantum Dot réussit dans sa quête pour marier la nanotechnologie et la biotechnologie, Empedocles peut découvrir que ses collègues du MIT acquièrent une nouvelle compréhension de son saut de carrière.

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