À mesure que nous vieillissons, notre corps change et dégénère avec le temps dans un processus appelé sénescence. Les cellules souches, qui ont la capacité unique de se transformer en d’autres types de cellules, connaissent également la sénescence, ce qui pose un problème lorsqu’on essaie de maintenir des cultures cellulaires à des fins thérapeutiques. Les biomolécules produites par ces cultures cellulaires sont importantes pour divers médicaments et traitements, mais une fois que les cellules entrent dans un état de sénescence, elles cessent de les produire, et pire, elles produisent à la place des biomolécules antagonistes à ces thérapeutiques.
Bien qu’il existe des méthodes pour éliminer les cellules plus anciennes d’une culture, le taux de capture est faible. Au lieu d’éliminer les cellules plus anciennes, empêcher les cellules d’entrer en sénescence en premier lieu est une meilleure stratégie, selon Ryan Miller, chercheur postdoctoral au laboratoire de Hyunjoon Kong (leader du M-CELS/EIRH/RBTE), professeur de chimie et génie biomoléculaire.
Nous travaillons avec des cellules souches mésenchymateuses, qui sont dérivées du tissu adipeux, et produisons des biomolécules essentielles pour la thérapeutique, nous voulons donc maintenir les cultures cellulaires en bonne santé. Dans un cadre clinique, la manière idéale de prévenir la sénescence serait de conditionner l’environnement dans lequel se trouvent ces cellules souches, afin de contrôler l’état oxydatif. Avec des antioxydants, vous pouvez les sortir des cellules de cet état sénescent et les faire se comporter comme une cellule souche saine. »
Ryan Miller, postdoctorant au laboratoire de Hyunjoon Kong
Bien que le traitement des cellules avec des antioxydants puisse retarder la sénescence, les méthodes actuelles d’administration d’antioxydants présentent de nombreuses lacunes, notamment une grande variation de la quantité de médicament libérée dans le temps et entre les cellules. Cependant, une étude récemment publiée par les laboratoires de Kong et Hee-Sun Han (GNDP/IGOH), professeur adjoint de chimie, avec Miller comme premier auteur, décrit une nouvelle méthode d’apport d’antioxydants aux cellules souches qui est fiable, à long terme. durable et minimise les variations.
La nouvelle méthode utilise des antioxydants sous forme de cristaux stabilisés par un polymère. Les méthodes traditionnelles font pousser des cristaux dans les réacteurs, mais en utilisant la microfluidique, une technologie qui permet aux chercheurs de travailler avec des quantités incroyablement petites de fluide, les chercheurs peuvent créer des cristaux qui ont tous la même taille et le même dosage, minimisant ainsi la variation de la libération de médicament entre les cellules. « Avec la microfluidique, chaque goutte fonctionne comme un petit réacteur, de sorte que nous pouvons obtenir de petits cristaux individuels de taille similaire, ce qui minimise la variation du taux de libération du médicament. » dit Miller. De plus, les cristaux se dissolvent plus lentement que les méthodes traditionnelles, rendant la libération du médicament uniforme dans le temps et augmentant la durée de l’efficacité du médicament.
« Nous avons appris que la variation étroite du profil de libération du médicament est vraiment importante », a expliqué Han. « Lorsque vous ajoutez des médicaments qui se dissolvent dans l’eau, il y a cette période d’éclatement où une grande partie se dissout dans le liquide à la fois, et pas beaucoup plus tard. Mais le cristal permet cette libération uniforme et prolongée, qui aide à maintenir la plage étroite d’optimum. concentrations nécessaires. »
« Lorsque des antioxydants typiques sont mis dans de l’eau ou un fluide biologique, ils perdent leur activité vitale dans les six heures », a décrit Kong. « Mais le nouveau cristal antioxydant reste bioactif pendant au moins deux jours, nous pouvons donc réellement prolonger la durée du médicament et également réduire la fréquence à laquelle nous devons ajouter des antioxydants aux milieux de culture cellulaire. Cela minimise la variation du type des biomolécules que les cellules souches génèrent et améliore la reproductibilité du produit, ce qui est l’un des plus grands défis de la biofabrication à l’heure actuelle. »
La durée accrue de l’efficacité du médicament signifie que les cultures de cellules souches peuvent être maintenues hors de l’état de sénescence plus longtemps, ce qui conduit à une plus grande récolte des biomolécules nécessaires à la thérapeutique. Miller dit également que cette méthode pourrait être utilisée pour les traitements par cellules souches dérivées du patient, où les biomolécules du propre corps d’un patient sont utilisées pour aider à diverses affections tissulaires, telles que des blessures ou des maladies.
« Lorsque nous utilisons des biomolécules provenant de donneurs au lieu du patient, cela peut avoir un effet d’hôte », a expliqué Miller. « Idéalement, nous récolterions des cellules souches du patient que nous traitons, les cultiverions dans un bioréacteur et récolterions ces biomolécules pour ce traitement. Cela fonctionne bien pour quelqu’un de 20 ans, mais si nous envisageons un patient âgé, il ‘ Nous allons avoir une forte population de ces cellules de sénescence, qui ne vont pas sécréter les biomolécules thérapeutiquement pertinentes. Si nous pouvons retirer ces cellules de cet état et les faire se comporter comme une cellule saine, nous pouvons obtenir une bien plus grande charge de biomolécules thérapeutiquement pertinentes pour le patient. »
L’équipe affirme que bien qu’elle souhaite continuer à améliorer le processus de biofabrication, il existe déjà de nombreuses utilisations potentielles pour cette méthodologie en plus de la simple délivrance contrôlée d’antioxydants aux cultures de cellules souches. La plupart des cellules subissent une sénescence, cette technique pourrait donc être appliquée à d’autres cultures cellulaires importantes en médecine et en thérapeutique. En outre, les cristaux pourraient être utilisés pour délivrer des niveaux soutenus et contrôlés d’antioxydants, ou potentiellement d’autres médicaments, directement dans le tissu cible d’un patient.
« Je pense que la beauté ici est qu’il s’agit d’un document de développement technologique, donc cela peut être appliqué à divers médicaments hydrophiles, modèles de maladies et applications de méthodes », a déclaré Han. « Nous montrons que nous pouvons maintenir une libération prolongée de ce médicament à un rythme relativement constant pendant une période prolongée. Il existe de nombreuses études et directions passionnantes que nous pouvons suivre avec cette technologie. »
