Selon des chercheurs de Penn State, équiper les cellules de « capes d’invisibilité » pourrait offrir une voie de traitement plus facile et moins dommageable pour les personnes atteintes de diabète qui suivent une thérapie cellulaire.
La thérapie cellulaire utilise des cellules spécialement sélectionnées pour attaquer les infections ou déclencher des réactions chimiques dans le corps, par exemple en déclenchant la production de cellules saines productrices d’insuline pour gérer la glycémie, sans nécessiter une injection quotidienne. Cependant, de nombreuses approches existantes exigent que les patients prennent continuellement des médicaments qui affaiblissent leur système immunitaire pendant le traitement, ce qui peut entraîner un risque accru d’infection, entre autres problèmes de santé graves.
La nouvelle approche, publiée aujourd’hui (14 août) dans Génie biomédical naturelconsiste à fabriquer une « cape d’invisibilité » cellulaire à partir d’un matériau gélatineux appelé hydrogel. Les scientifiques ont rapporté que cette fine couche d’hydrogel, appelée zone pellucide biomimétique (BZP), cachait efficacement les cellules thérapeutiques du système immunitaire du corps, tout en réduisant le taux de sucre dans le sang chez une série de souris diabétiques pendant 100 jours, soit une durée nettement plus longue que les thérapies cellulaires traditionnelles pour le diabète.
En thérapie cellulaire, les médecins calibrent soigneusement les cellules du donneur à introduire dans le système immunitaire de l’organisme par le biais d’un processus appelé transplantation, qui consiste à injecter des mélanges de cellules et de solutions liquides. Yong Wang, professeur de génie biomédical et auteur correspondant de l’article, a déclaré que les thérapies cellulaires ont été approuvées par la Food and Drug Administration pour traiter certaines maladies, notamment certains cancers. Cependant, la thérapie cellulaire pour traiter le diabète est relativement nouvelle, le premier traitement approuvé par la Food and Drug Administration ayant été introduit en 2023.
« Des groupes spécifiques de cellules, appelés îlots, peuvent libérer de l’insuline qui maintient le sucre dans le corps des patients diabétiques », a déclaré Wang, qui détient une affiliation supplémentaire en tant que chaire Dorothy Foehr Huck et J. Lloyd Huck en médecine cellulaire. « Cependant, ces îlots donneurs sont ciblés et attaqués par le système immunitaire du patient. Les options de traitement existantes exigent que les patients prennent continuellement des immunosuppresseurs pour arrêter cette réponse, ce qui peut entraîner des effets secondaires importants, notamment le cancer. »
Pour résoudre ce problème, l’équipe a créé le BZP pour imiter un revêtement naturel présent à l’extérieur des ovules humains, connu sous le nom de zone pellucide. Couvrir les îlots donneurs avec du BZP cache ces cellules étrangères du système immunitaire de l’organisme. Le revêtement est perméable, ce qui signifie que même si les cellules sont protégées du système immunitaire, elles peuvent toujours libérer des molécules thérapeutiques comme l’insuline dans le corps, facilitant potentiellement une thérapie cellulaire ne nécessitant pas d’immunosuppresseurs.
Selon Kyungsene Lee, premier auteur de l’article et postdoctorant à la Harvard Medical School qui a obtenu son doctorat en génie biomédical à Penn State, bien que l’encapsulation cellulaire à l’aide d’hydrogel ait été étudiée depuis de nombreuses années, aucun travail antérieur n’avait recréé la structure ultra-mince et le processus de durcissement de la zone pellucide pour former une cape d’invisibilité pour les cellules thérapeutiques.
Notre corps est incroyable : en imitant le revêtement naturel ultrafin formé par les protéines sur les ovules, nous pouvons fortifier et envelopper les cellules pour une transplantation thérapeutique. »
Kyungsene Lee, premier auteur de l’article et postdoctorant à la Harvard Medical School
La méthode du camouflage n’a pas fonctionné immédiatement, a expliqué Wang. Il a fallu huit années de développement constant pour développer une couche d’hydrogel de seulement 20 micromètres d’épaisseur – beaucoup plus fine qu’un cheveu humain – capable de s’appliquer efficacement contre le bord incurvé des cellules vivantes ou des amas de cellules sans affecter leur fonctionnalité. Après s’être assurée que leur approche était compatible avec les matériaux vivants, l’équipe a recouvert des îlots et les a transplantés dans un groupe de souris diabétiques, en surveillant leur taux de sucre dans le sang pendant 100 jours.
Comparées aux souris diabétiques non traitées et aux souris traitées avec des îlots non recouverts, les souris traitées avec des îlots recouverts de BZP ont vu leur glycémie restaurée à des niveaux sains en une semaine – et la plupart de ces souris sont restées sans diabète pendant plus de 100 jours sans avoir continuellement besoin d’immunosuppresseurs. Les résultats ont montré une période d’efficacité beaucoup plus longue que les thérapies cellulaires non enrobées, qui ne durent généralement qu’une semaine, voire moins, sans immunosuppression systémique, a déclaré Wang.
À l’avenir, l’équipe prévoit d’étudier plus en profondeur l’approche BZP pour mieux comprendre la durée spécifique de résistance que chaque greffe d’îlot pourrait offrir. Wang a déclaré qu’à long terme – après davantage de recherches, de perfectionnements et éventuellement d’essais cliniques – cette approche pourrait offrir une plate-forme commerciale de thérapie cellulaire prometteuse pour traiter non seulement le diabète, mais également une multitude de maladies et d’affections dans tout le corps.
« Cette technique pourrait être utile en immunothérapie, en préparant les cellules à résister aux maladies chroniques, ou en médecine régénérative, en stimulant la croissance cellulaire pour régénérer les tissus des organes endommagés ou perdus », a expliqué Wang. « En termes simples, BZP pourrait être extrêmement utile dans un large éventail d’applications de génie biomédical. »
D’autres auteurs actuellement affiliés à Penn State incluent Xiaojun « Lance » Lian, professeur agrégé de biologie et de génie biomédical ; Yuguo Lei, professeur agrégé de génie biomédical et directeur de la faculté du Sartorius Cell Culture Facilities des Huck Institutes of the Life Sciences ; Hong Zheng, professeur de médecine et de médecine moléculaire de précision au Penn State College of Medicine ; Yixun Wang, Alexander L. Mark, Chein-Wei Wu, Ana Aviles Vargas, Yuhong Jian et Thomas I. McDougal, qui sont actuellement étudiants diplômés en génie biomédical à Penn State ; et Selina Y. Lin, étudiante de premier cycle en génie biomédical.
Parmi les autres co-auteurs figurent Jennifer Z. Wang, une chercheuse au lycée au moment des travaux et qui est maintenant étudiante de premier cycle à Duke ; et Xuelin Wang, Connie Wen, Brandon Davis et James Coyne, qui ont tous obtenu leur doctorat à Penn State.
