Une équipe de chercheurs dirigée par des scientifiques de Harvard et du Broad Institute a mis au point un nouveau système d’administration de médicaments utilisant des particules pseudo-virales sans ADN (eVLP) pour conditionner et fournir des niveaux thérapeutiques de protéines d’édition de gènes à des modèles animaux de maladie. L’équipe a utilisé des eVLP pour éditer un gène chez la souris qui est associé à un taux de cholestérol élevé et pour restaurer partiellement la vision chez la souris avec une mutation ponctuelle qui provoque la cécité génétique.
Étant donné que les eVLP permettent une administration in vivo plus sûre d’agents d’édition de gènes que certaines méthodes utilisées en clinique, avec des efficacités comparables ou supérieures, cette nouvelle plateforme est une technologie prometteuse pour l’administration de macromolécules thérapeutiques chez les animaux vivants avec un risque minimisé d’édition hors cible. ou l’intégration de l’ADN.
Dans l’article publié en Cellule, les chercheurs détaillent comment ils ont développé des particules de type virus pour fournir des éditeurs de base, des protéines qui effectuent des modifications programmables d’une seule lettre dans l’ADN et la nucléase CRISPR-Cas9, une protéine qui coupe l’ADN à des sites ciblés du génome. Les auteurs ont identifié des facteurs qui influencent l’efficacité de l’administration de particules de type viral et ont démontré que l’ingénierie des particules de type viral peut surmonter de multiples limites structurelles à leur puissance. L’administration sûre et efficace d’agents d’édition de gènes aux cellules d’humains et d’animaux vivants est un défi majeur. Les eVLP de l’équipe sont les premières particules de type viral à fournir des niveaux thérapeutiques d’éditeurs de base à une variété de types de cellules chez les animaux adultes.
La délivrance de macromolécules thérapeutiques dans les cellules de mammifères chez les animaux et éventuellement chez les patients est l’un des défis les plus importants des sciences de la vie. Il y a souvent une baisse très abrupte entre la livraison in vitro et in vivo, nous avons donc pris la décision dès le début que notre nouvelle technologie de livraison devrait montrer une bonne efficacité dans les modèles animaux. »
David Liu, auteur principal de l’article, professeur de sciences naturelles Thomas Dudley Cabot et membre principal du corps professoral du Broad Institute
Ce travail a été dirigé par des membres du laboratoire de Liu, y compris le boursier postdoctoral Samagya Banskota et l’étudiant diplômé Aditya Raguram, en collaboration avec des équipes de recherche dirigées par Krzysztof Palczewski de l’Université de Californie à Irvine et Kiran Musunuru de la Perelman School of Medicine de la Université de Pennsylvanie.
Ce nouveau système de livraison trouve une nouvelle utilisation pour les particules de type virus et s’appuie sur le succès des éditeurs de base, que le laboratoire Liu a développés en 2016 pour réécrire des bases d’ADN individuelles telles que les mutations qui causent des milliers de maladies génétiques.
Les particules de type viral, des assemblages de protéines virales qui peuvent infecter les cellules mais manquent de matériel génétique viral, ont longtemps été étudiées comme véhicules d’administration de médicaments. Parce qu’ils sont capables de transporter une cargaison moléculaire et qu’ils manquent de matériel génétique viral, ils sont capables d’exploiter l’efficacité et les avantages du ciblage tissulaire de l’administration virale sans les inconvénients de l’utilisation de virus réels, qui peuvent insérer leur matériel génétique dans le génome de la cellule et potentiellement provoquer un cancer. . Cependant, les stratégies de délivrance de VLP existantes ont eu une efficacité thérapeutique limitée in vivo.
Pour déployer avec succès les VLP, l’équipe a identifié les limites de livraison et a systématiquement conçu les composants des VLP pour surmonter les goulots d’étranglement liés à l’emballage, à la libération et à la localisation des cargaisons. Ce faisant, ils ont développé des eVLP de quatrième génération qui emballaient 16 fois plus de protéines cargo que les conceptions précédentes et permettaient une augmentation de huit à 26 fois de l’efficacité de l’édition dans les cellules et les animaux.
L’équipe a testé son système eVLP optimisé pour fournir des éditeurs de base au foie chez la souris, où ils ont efficacement édité un gène qui peut abaisser les niveaux de « mauvais » cholestérol. Une seule injection d’eVLP a entraîné une modification moyenne de 63 % du gène cible et une baisse de 78 % de ses niveaux de protéines, ce qui réduit considérablement le risque de maladie coronarienne.
« La cible du cholestérol est particulièrement intéressante car elle ne concerne pas seulement les patients atteints d’une maladie génétique rare », a déclaré Raguram. « Nous espérons qu’il s’agit d’un exemple d’édition du génome pouvant bénéficier à une large population, car les niveaux de cholestérol ont un impact sur la santé de milliards de personnes. »
Les chercheurs ont également utilisé une seule injection d’eVLP pour corriger la mutation ponctuelle responsable de la maladie chez les souris atteintes d’un trouble rétinien génétique. Ils ont corrigé efficacement la mutation ponctuelle avec une édition moins ciblée que les autres techniques d’édition de base, ce qui a entraîné une restauration partielle de la vision.
L’équipe a également injecté des eVLP directement dans le cerveau de souris et a observé une efficacité d’édition d’environ 50 % dans les cellules exposées aux eVLP.
À l’avenir, Banskota est optimiste sur le fait que les eVLP seront utilisés assez facilement par les scientifiques en raison de la simplicité relative du système et de sa polyvalence.
« Parce que notre système est relativement simple et facile à concevoir, il permet à d’autres scientifiques d’adopter et de développer rapidement cette technologie », a déclaré Banskota. « Au-delà du transport d’éditeurs de gènes, les eVLP ont la capacité de transporter d’autres macromolécules avec un grand potentiel thérapeutique. »
