Un duo de chercheurs Husker a été nommé lauréat du premier tour d’un concours des National Institutes of Health visant à générer des solutions permettant de fournir une technologie d’édition du génome aux cellules de personnes atteintes de maladies rares et courantes.
Janos Zempleni, professeur Willa Cather de nutrition moléculaire, et Jiantao Guo, professeur de chimie, ont été sélectionnés comme lauréats de la phase 1 du défi de livraison ciblé par l’éditeur de génome du NIH. Le défi est une compétition en trois phases avec des prix totalisant 6 millions de dollars ; l’équipe de l’Université du Nebraska-Lincoln faisait partie des 30 premiers récipiendaires annoncés en décembre 2023.
Avec le prix de 25 000 $, Zempleni et Guo feront progresser le développement d’exosomes de lait universels – ; nanoparticules naturelles contenues dans le lait – ; capable de transporter des éditeurs de gènes vers n’importe quel endroit du corps.
Ces exosomes programmables seraient sûrs, évolutifs et, contrairement aux nanoparticules classiques, capables d’échapper aux macrophages, les cellules du système immunitaire qui détruisent les substances étrangères.
« Grâce à notre technologie, vous pourriez traiter pratiquement toutes les maladies connues de l’humanité, qu’elles soient rares ou courantes », a déclaré Zempleni, qui dirige le projet et dirige le Centre du Nebraska pour la prévention des maladies liées à l’obésité par le biais de molécules alimentaires. « Les agences fédérales ne sont pas très désireuses d’investir dans le traitement des maladies rares car cela coûte beaucoup d’argent, mais seules quelques personnes en bénéficient.
« Grâce à la flexibilité de notre technologie, nous pouvons, sans frais supplémentaires, fournir une plate-forme pour tout traiter, des maladies courantes comme le cancer du cerveau aux mutations génétiques très rares qui affectent peut-être seulement 500 personnes aux États-Unis. »
Cette technologie permettrait de surmonter l’un des défis les plus importants liés à l’utilisation de l’édition génétique pour traiter les maladies. Bien que des outils comme CRISPR-cas9 puissent supprimer, réparer ou remplacer l’ADN pathogène – ; ce qui pourrait stopper la croissance tumorale dans le cancer ou arrêter la production de protéines nocives – ; il n’existe actuellement aucun moyen fiable de garantir qu’un éditeur accèdera à l’organe ou aux tissus associés à une maladie donnée. Et lorsque les éditeurs de gènes atteignent la cible prévue, ils ne survivent souvent pas en nombre suffisant pour changer le cours de la maladie.
La solution de l’équipe Husker combine l’expertise reconnue à l’échelle nationale de Zempleni dans les exosomes du lait avec les compétences approfondies de Guo dans le domaine en pleine croissance de la chimie bioorthogonale. Sur la base de ses recherches antérieures, Zempleni savait qu’il était possible de charger les exosomes du lait avec des produits thérapeutiques et de les déployer sur un tissu spécifique du corps. Il a également démontré la sécurité biologique des exosomes, ce qui signifie qu’il est peu probable qu’ils provoquent des effets indésirables chez les patients.
Mais ses outils manquaient de polyvalence : il lui fallait une méthode pour diriger les exosomes vers différents endroits en fonction de la maladie en question.
Pour accomplir ceci, Zempleni a développé une approche qui lui permet d’attacher trois peptides – ; chaînes d’acides aminés courtes – ; à la membrane de chaque exosome. L’un est un peptide de référence, qui demande à l’exosome de se lier à un site spécifique du corps. Un autre est un peptide « ne me mange pas », qui envoie des signaux biochimiques permettant à l’exosome de contrecarrer la destruction des macrophages. Ce dernier est ce qu’on appelle un peptide de rétrofusion, qui renforce la capacité de survie de l’exosome une fois qu’il pénètre dans les cellules cibles.
L’utilisation conjointe des trois peptides est nouvelle, a déclaré Zempleni, et les données préliminaires indiquent que l’approche est réalisable. Mais ce qui est encore plus innovant, c’est l’approche adoptée par l’équipe pour ancrer les peptides à la membrane de l’exosome. Les approches conventionnelles insèrent des ancres lipidiques dans la membrane, puis attachent les modificateurs peptidiques à ces ancres. Le problème est que ces lipides sont attirés par d’autres composés lipophiles du corps, entraînant le détachement et la perte du peptide attaché.
L’approche de l’équipe du Nebraska surmonte ce problème en créant des sites d’accueil dans une protéine membranaire appelée CD81, fermement enracinée dans l’exosome, empêchant ainsi son détachement. Guo utilise des approches chimiques bioorthogonales pour créer des liens stables et covalents entre les sites d’accueil et les peptides. Il a déclaré que ce schéma de fixation confère stabilité et uniformité à la structure des exosomes, renforçant ainsi la viabilité commerciale des produits thérapeutiques à base d’exosomes de lait.
« Si cela devait faire l’objet d’essais cliniques, il serait plus facile pour la FDA de voir qu’il s’agit d’une structure définie et homogène, plutôt que d’un étiquetage aléatoire qui entraînerait des différences d’un lot à l’autre », a déclaré Guo, qui dirige l’étude. Centre du Nebraska pour la communication biomoléculaire intégrée.
Zempleni et Guo attachent également une étiquette polyhistidine aux exosomes, ce qui leur permet d’être purifiés à faible coût et avec une grande pureté. L’étiquette est facilement amovible au cas où elle provoquerait des réactions indésirables chez les patients.
L’emballage des exosomes de lait avec du fret CRISPR-cas9 et d’autres produits thérapeutiques est l’un des objectifs à long terme de Zempleni. Finalement -; éventuellement avec le soutien d’un financement supplémentaire via le défi CIBLÉ – ; il vise à s’associer avec un expert en élevage transgénique de l’Université d’État de l’Utah pour développer une chèvre ou une vache qui, à travers son lait, sécrète un nombre massif d’exosomes programmables contenant une cargaison d’édition génétique et des sites d’accueil de peptides.
Pour ce projet de phase 1, il chargera des cellules MAC-T cultivées, qui reflètent étroitement les cellules du lait de vache, avec des outils d’édition génétique utilisant des approches génétiques et chimiques précédemment établies.
Les exosomes conçus par Zempleni et Guo montrent déjà un potentiel commercial. Fin 2023, l’équipe a été informée qu’elle recevrait un brevet intitulé Vésicules extracellulaires et méthodes d’utilisation. Ils ont concédé sous licence les inventions contenues dans ce brevet à une société privée, en partenariat avec Roche, Inc., pour utiliser la technologie des exosomes du lait bovin afin d’administrer des traitements à base d’ARN aux tumeurs cérébrales.
Les chercheurs préparent leur candidature pour la phase 2 du défi TARGETED, qui attribuera à jusqu’à 10 gagnants 250 000 $ et leur éligibilité pour participer à la phase 3. Les NIH annonceront les gagnants de la phase 2 en avril 2025.
