De nombreuses maladies ont à leur origine une protéine qui ne fonctionne pas correctement. Maintenant, une équipe de recherche multidisciplinaire avec Texas A&M AgriLife et Texas A&M University a trouvé un moyen de délivrer une protéine rapidement, efficacement et brièvement au cerveau, avec des implications thérapeutiques et scientifiques.
Les utilisations potentielles de la méthode à l’avenir pourraient inclure la réparation des lésions de la moelle épinière et une gamme d’autres applications d’injection localisées.
« Nous avons découvert que nous pouvions introduire avec succès une protéine dans le cerveau des souris », a déclaré Jean-Philippe Pellois, Ph.D., professeur et directeur associé du programme d’études supérieures, Département de biochimie et de biophysique du Texas A&M College of Agriculture and Life Sciences. « Les protéines sont de grosses molécules qui ne pénètrent pas facilement dans les cellules ou ne traversent pas les membranes cellulaires, mais nous avons créé une astuce pour y parvenir. »
La protéine et son système de délivrance se dégradent naturellement après avoir joué leur rôle.
« Nous voulions nous assurer que nous disposions de réactifs très doux pour la cellule, qui puissent pénétrer dans les cellules sans les perturber, puis repartir sans laisser de trace », a déclaré Pellois, qui est également chercheur chez Texas A&M AgriLife Research.
Pellois et son laboratoire ont collaboré avec le laboratoire de Cédric Geoffroy, Ph.D., professeur adjoint au Département de neurosciences et de thérapeutique expérimentale de la Texas A&M School of Medicine.
Les bailleurs de fonds de l’étude comprenaient l’Institut national des sciences médicales générales, l’Institut de prévention et de recherche sur le cancer du Texas, la Fondation Craig H. Neilsen et l’Institute for Rehabilitation and Research Foundation.
Les résultats, « Livraison à base de peptides in vivo d’une enzyme modifiant le gène dans les cellules du système nerveux central », sont parus le 28 septembre dans la revue à comité de lecture Les avancées scientifiques.
Comment fonctionne le système de livraison de protéines
Parce que les protéines peuvent avoir des effets puissants, les cellules sont pointilleuses sur les protéines qu’elles laissent entrer. La méthode utilisée par l’équipe pour contrer cela est un peu comme mélanger des légumes dans du macaroni au fromage pour tenter un enfant difficile.
« Les cellules ont l’équivalent du tube digestif, appelé voie endocytaire », a déclaré Pellois. « Nous parvenons à faire ingérer à une cellule des protéines et notre outil de délivrance. L’outil de délivrance, une fois internalisé dans la voie endocytaire, permet ensuite aux protéines de pénétrer dans le reste de la cellule, notamment le noyau, où nous pouvons déclencher une réponse. «
D’autres laboratoires ont découvert que le virus de l’immunodéficience humaine contient une petite séquence d’acides aminés – ; un peptide – ; que les cellules préfèrent ingérer. L’équipe a encore amélioré le talent de ce peptide pour pénétrer dans les cellules. Une fois à l’intérieur de la cellule, le peptide s’échappe du « tractus digestif » de la cellule et la protéine cible arrive également.
« Les gens ont utilisé une partie de ce peptide avec une protéine d’intérêt », a déclaré Geoffroy. « Notre système va encore plus loin. Vous n’avez pas besoin de modifier la protéine – ; la plupart seront livrées. »
En mélangeant la protéine cible et le peptide en solution, puis en injectant le mélange dans des cerveaux de souris, l’équipe a découvert que leur protéine pénètre facilement dans les cellules cérébrales. Les souris ont été spécialement élevées pour que la protéine crée un signal visuel, la fluorescence, si elle arrivait comme prévu. En effet, les cellules cérébrales proches du site d’injection n’ont commencé à devenir fluorescentes qu’après l’injection conjointe de la protéine et de son outil d’administration.
« Si la protéine pénètre dans les cellules, ces cellules deviennent rouges fluorescentes », a déclaré Pellois. « Donc, en regardant simplement si les cellules sont devenues fluorescentes, nous pouvons dire si la protéine a réussi à entrer. »
Implications pour une étude plus approfondie
Geoffroy, qui se spécialise dans les neurotraumatismes et les lésions de la moelle épinière, a déclaré que l’étude fournit les preuves nécessaires que la méthode fonctionne dans un cerveau vivant.
D’autres travaux se concentreront sur l’amélioration de la méthode pour cibler un seul type de cellule, a-t-il déclaré. Une autre limitation est que la méthode ne fonctionne actuellement qu’avec des injections locales. Néanmoins, l’étude ouvre la voie à de nombreuses applications potentielles.
« Une application clé serait d’utiliser cette approche pour des injections localisées, comme sur le site d’une lésion de la moelle épinière », a déclaré Pellois. « Nous étudions également la possibilité de le faire dans les articulations du genou pour la réparation du cartilage ou pour lutter contre l’inflammation que des maladies comme l’arthrite peuvent provoquer. »
Selon Geoffroy, la méthode pourrait aider à fournir des thérapies autres que les protéines.
« Cela pourrait également améliorer la livraison de médicaments. Si vous avez un médicament anticancéreux, qui est très toxique, cette méthode pourrait réduire la quantité de médicament que nous livrons », a-t-il déclaré.
Geoffroy et Pellois ont déposé un brevet sur les composants de la méthode. Ils ont également fondé une entreprise pour rapprocher la recherche des applications.
