Les globules rouges servent de base aux nanoporteurs qui se révèlent prometteurs dans une nouvelle étude en tant que véhicules efficaces et efficients pour la thérapie génique, le ciblage des tumeurs et d’autres traitements médicaux.
Des scientifiques de l’Ohio State University ont montré que les vésicules extracellulaires modifiées pouvaient échapper aux cellules immunitaires et cibler les cellules cancéreuses, deux capacités qui pourraient améliorer l’administration de futures thérapies.
La technologie offre une flexibilité exceptionnelle : en assemblant les vésicules des lipides des globules rouges à l’aide de la microfluidique, les chercheurs ont pu emballer des marchandises allant du matériel génétique et des protéines aux virus entiers utilisés en thérapie génique.
Chez la souris, les vésicules modifiées sont restées en circulation et ont été distribuées dans plusieurs organes selon des schémas similaires à ceux des vésicules extracellulaires naturelles, avec une accumulation notable dans les poumons.
Bien que les chercheurs aient commencé avec l’idée de fabriquer des dispositifs d’administration à partir de vésicules extracellulaires naturelles générées par les globules rouges, ils ont rencontré des limites dans leurs efforts pour augmenter la production et la flexibilité de chargement des marchandises. Ils se sont donc tournés vers des techniques d’ingénierie pour améliorer ce que la nature avait à offrir.
En termes de composition lipidique, ils correspondent fondamentalement très étroitement à ce qu’auraient les vésicules extracellulaires naturelles des globules rouges.. Nous conservons certains des grands avantages biologiques que possèdent ces particules, car elles sont très biocompatibles.
Eduardo Reátegui, auteur principal et professeur, génie chimique et biomoléculaire, Ohio State University
Les cellules sources des lipides sont des globules rouges périmés – ou globules rouges – obtenus dans le laboratoire du co-auteur Andre Palmer, professeur de génie chimique et biomoléculaire et chercheur éminent de l’Ohio State.
« Nous purifions toujours l’hémoglobine des globules rouges périmés » a déclaré Palmer, dont le laboratoire utilise l’hémoglobine comme élément de base pour fabriquer des substituts de globules rouges. « L’approche ici est très durable car autrement, ces globules rouges périmés seraient jetés puisqu’ils ne peuvent pas être transfusés aux patients. »
Reátegui, Palmer et leurs collègues ont décrit la plateforme dans une étude publiée récemment dans la revue Matériaux de santé avancés.
Les vésicules extracellulaires (VE) sont de minuscules particules contenant du fret qui émergent des cellules pour transporter des signaux vers d’autres cellules. Les véhicules électriques sont connus pour contribuer à la fois à la santé et aux maladies, et l’équipe de l’État de l’Ohio a étudié comment les véhicules électriques conçus peuvent être utilisés dans diverses applications médicales.
Au-delà de la biocompatibilité fournie par les lipides des globules rouges, la microfluidique permet d’incorporer une cargaison thérapeutique au fur et à mesure que les vésicules se forment, éliminant ainsi le besoin d’étapes distinctes de chargement de la cargaison par la suite.
« Nous ne disons pas que notre processus est meilleur. Nous affirmons que nous avons beaucoup plus de contrôle en termes de ce à quoi nous voulons que la composition de cette vésicule artificielle ressemble. » a déclaré Reátegui, également membre du programme de biologie du cancer du Comprehensive Cancer Center de l’Ohio State University.
Des expériences ont montré que l’attachement d’un peptide CD47 à la surface externe des porteurs les protégeait contre la confusion avec des agents pathogènes et leur consommation par les macrophages.
L’équipe a également montré que les vésicules pourraient être conçues pour le ciblage des tumeurs en ajoutant des molécules de reconnaissance PD-L1, y compris des nanocorps anti-PD-L1 développés dans le laboratoire du co-auteur Blaise Kimmel, et en démontrant l’absorption préférentielle des vésicules marquées anti-PD-L1 dans les tumeurs du cancer du sein PD-L1-positives qui sont souvent ciblées par l’immunothérapie.
En fait, les chercheurs ont déclaré que ces véhicules électriques pourraient fonctionner de manière similaire aux thérapies anticancéreuses à base de cellules CAR T fabriquées à partir des cellules T du système immunitaire du patient.
« Cela pourrait être une façon unique d’utiliser les lipides des globules rouges d’une personne pour ensuite encapsuler des matériaux thérapeutiques qui pourraient être restitués à ce patient pour potentiellement guérir une maladie. » dit Palmer.
La méthode microfluidique permet également l’inclusion de molécules relativement grosses, telles que des protéines entières ou même un virus adéno-associé (AAV) – le système d’administration établi pour de nombreuses thérapies géniques. Enfermer un AAV thérapeutique dans une vésicule extracellulaire de globules rouges modifiée marquée avec le peptide CD47 pourrait réduire les chances de déclencher une réponse immunitaire, a déclaré Reátegui.
« Notre idée était de prendre ces particules d’AAV et de les encapsuler dans des vésicules extracellulaires de globules rouges. Nous avons testé si la thérapie génique fonctionnerait toujours et serait administrée dans les cellules, et nous montrons qu’elle le ferait. Et nous avons également démontré que les AAV seraient protégés des anticorps neutralisants », dit-il.
Une fois la plateforme en place, les chercheurs visent à se concentrer sur la thérapie génique et la fourniture de traitements sélectionnés, en particulier ceux qui capitalisent sur l’affinité des véhicules électriques pour les poumons.
Cette recherche a été soutenue par le National Center for Advancing Translational Sciences et le Département de génie chimique et biomoléculaire et le Comprehensive Cancer Center de William G. Lowrie de l’État de l’Ohio.
Les co-auteurs incluent Chiranth Nagaraj, Xilal Rima, Kim Nguyen, Courtney Culkins, Nana Boateng, Jacob Doon-Ralls, Alejandro Bresolin, Xin Huang, Vahedi Amid, Ajeet Pal Singh, Dharti Shantaram, Anastasiia Amari, Nicholas Merriam, Zachary Schultz, Willa Hsueh, Rachel Kopec de l’État de l’Ohio ; et Hong Li, Scott Harper, Nizar Saad et Setty Magaña de l’hôpital national pour enfants.
