Les scientifiques ont retracé comment les nanovésicules produites par les racines poilues du Cannabis sativa interagissent avec les principales voies de signalisation immunitaire tout en vérifiant si elles restent suffisamment stables pour une administration orale.
Étude : Nanovésicules dérivées de racines poilues de Cannabis sativa : nanomatériaux bioactifs durables avec un potentiel immunomodulateur et antitumoral. Crédit d’image : Art_Pictures/Shutterstock
Une étude récente dans la revue NPJ Science de l’Alimentation développé un Cannabis sativa (C. sativa) système de culture de racines poilues et nanovésicules isolées (CH-PDNV) à partir de ces racines, permettant une étude détaillée de leurs propriétés physicochimiques et de leur potentiel immunomodulateur.
Sommaire
Culture de tissus végétaux et systèmes de racines poilues comme plates-formes pour la production de nanomatériaux
La culture de tissus végétaux permet la production précise et aseptique de biomatériaux végétaux. Au-delà des applications traditionnelles en propagation et en conservation génétique, cette méthodologie offre une plateforme durable pour générer des molécules bioactives à usage alimentaire, nutraceutique et biomédical.
Systèmes racinaires poilus, établis grâce à Rhizobium rhizogène-transformation médiée, présentent une croissance rapide, une stabilité génétique et la préservation de voies métaboliques complexes. L’intégration de l’ADN-T du plasmide Ri dans le génome de l’hôte produit des « racines velues » autonomes capables de synthétiser continuellement des métabolites.
Les cultures de racines poilues sont des producteurs établis de métabolites spécialisés, mais leur potentiel en tant que sources de nanomatériaux fonctionnels reste sous-utilisé. La plupart des recherches se concentrent sur les rendements de la biomasse et des métabolites secondaires, avec une exploration limitée des applications biomédicales de leurs fractions vésiculaires à l’échelle nanométrique.
Nanovésicules d’origine végétale (PDNV) émergent comme des nanomatériaux naturels qui facilitent la communication intercellulaire en transférant des lipides, des protéines, des acides nucléiques et des métabolites. La composition biochimique des PDNV reflète l’état physiologique et métabolique du tissu source, influençant les propriétés telles que l’activité anti-inflammatoire, antioxydante et immunomodulatrice.
La variabilité environnementale remet en question la production de PDNV à partir de plantes cultivées en plein champ, entravant la cohérence des profils biochimiques. Bien que des plates-formes basées sur la culture de tissus, telles que les callosités induites par les hormones et les cultures de racines adventives, aient été explorées pour la production de PDNV, elles peuvent présenter des limites en termes de stabilité génétique et métabolique par rapport aux systèmes racinaires poilus. Le développement de plates-formes de production reproductibles à base de racines velues pourrait aider à générer des bionanomatériaux standardisés d’origine végétale dotés d’attributs fonctionnels fiables.
Établissement et caractérisation de C. sativa Cultures de racines poilues
Un système de culture de racines velues hors sol a été établi en utilisant C. sativa via R. rhizogènes-transformation médiatisée. Les lignées transgéniques ont été confirmées par RAP analyse ciblant les gènes rol, tandis que l’absence d’amplification virD n’a indiqué aucun résidu R. rhizogènes contamination. La lignée 5 a été sélectionnée pour une étude plus approfondie en raison de ses caractéristiques de croissance supérieures et a été développée en culture liquide pour la production de CH-PDNV.
Les CH-PDNV ont été isolés par homogénéisation et centrifugation différentielle, suivies d’une filtration à flux tangentiel et d’une ultracentrifugation avec coussin d’iodixanol. Les vésicules avaient un diamètre moyen d’environ 113 nm et un potentiel zêta de -22,6 mV, démontrant des propriétés colloïdales stables. La microscopie électronique et l’analyse des marqueurs ont confirmé leur morphologie sphérique intacte et leur origine végétale spécifique aux racines. Les niveaux d’endotoxines étaient faibles et le marqueur bactérien OmpA n’a pas été détecté, ce qui conforte la conclusion d’une faible contamination bactérienne dans la préparation.
Le profilage métabolomique a montré que les CH-PDNV possèdent une composition chimiquement diversifiée, comprenant de petites molécules associées aux acides aminés, aux glucides et aux lipides. KEGGLa cartographie des voies basée sur les métabolites annotés reliait le métabolisme de l’arginine et de la proline, les interconversions du pentose et du glucuronate et le métabolisme des acides gras, confirmant la présence de diverses signatures métaboliques primaires de carbone et de lipides.
Les CH-PDNV ont maintenu la taille des particules, la distribution granulométrique et le potentiel zêta dans les conditions testées de pH, enzymatiques, de température et de sérum, y compris l’exposition à des enzymes pertinentes pour la digestion.
Activité immunomodulatrice et antitumorale des CH-PDNV
Les CH-PDNV ont présenté une activité immunomodulatrice in vitro et in vivoet leurs effets antitumoraux ont été testés chez la souris. Dans des expériences de culture cellulaire, les CH-PDNV ont induit des cellules dendritiques prononcées (CC) la maturation, comme en témoigne l’augmentation de l’expression en surface des molécules co-stimulatrices CD80 et CD86 et du complexe majeur d’histocompatibilité (CMH) molécules de classe I et II.
Sur le plan fonctionnel, les CD matures produisent des taux significativement plus élevés de cytokines pro-inflammatoires, notamment le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-α), l’interleukine-6 (IL-6), l’interleukine-1 bêta (IL-1β), et l’interleukine-12p70 (IL-12p70), tandis que la cytokine anti-inflammatoire interleukine-10 (IL-10) n’a augmenté que modestement. Le traitement par CH-PDNV n’a pas induit de cytotoxicité ni réduit la viabilité des cellules dendritiques dérivées de la moelle osseuse (BMDC) à des concentrations allant jusqu’à 20 μg/mL, et ses effets n’étaient pas imputables à l’endotoxine résiduelle, car les réponses persistaient même en présence d’agents neutralisant les endotoxines.
Les CD traitées au CH-PDNV ont montré une absorption réduite d’antigène, ce qui correspond à leur transition vers un phénotype mature et immunostimulateur capable d’activer efficacement les cellules T. Lorsqu’elles sont co-cultivées avec des cellules T, ces DC favorisent fortement la prolifération des deux CD4+ aide et CD8+ Cellules T cytotoxiques. Cellules T amorcées par des DC matures par CH-PDNV polarisées principalement vers T helper 1 (Th1) et T assistant 17 (Je17) phénotypes, comme l’indique une sécrétion accrue d’interféron gamma (IFN-γ) et l’interleukine-17A (IL-17A), avec un minimum de T helper 2 (Th2; IL-5). Ces résultats indiquent une activation associée aux Th1 et Th17 dans le modèle de co-culture.
Mécaniquement, la maturation des DC induite par CH-PDNV est impliquée TLR2– et TLR4-signalisation associée, la contribution relative de chaque récepteur différant selon les lectures immunitaires. Le déficit en TLR4 a entraîné une réduction plus importante de plusieurs réponses cytokines et co-stimulatrices, tandis que le déficit en TLR2 et TLR4 a affecté l’expression du CMH et MAPK signalisation; effets sur NF-κB la signalisation différait également selon le récepteur. Les expériences knock-out n’ont pas établi d’interactions physiques directes entre les CH-PDNV et l’un ou l’autre des récepteurs. Les CH-PDNV étaient plus immunostimulateurs que les nanovésicules non transformées Cannabis sativa racines, montrant une plus grande activité dans les conditions testées.
In vivol’administration orale de CH-PDNV a partiellement atténué l’immunosuppression induite par le cyclophosphamide chez la souris en restaurant les lymphocytes T spléniques CD4+ et CD8+, en réduisant la mort cellulaire et en atténuant la CTX-augmentation induite de l’alanine aminotransférase sérique (ALT), tout en rétablissant l’activité catalase, la fonction hépatique et le statut antioxydant. Les CH-PDNV restaurent sélectivement les lymphocytes Th1 et T cytotoxiques (CTL), tandis que les réponses Th2 et Th17 n’ont pas été restaurées de manière significative, fournissant une base pour des investigations supplémentaires dans les conditions immunosuppressives.
Dans un modèle murin de lymphome E.G7, le traitement oral par CH-PDNV a supprimé de manière significative la croissance tumorale, et cette réponse a été associée à une expression accrue des marqueurs de maturation DC, à une augmentation des réponses Th1 et associées aux CTL et à une réduction des lymphocytes Th2 et T régulateurs (Treg) fréquences. Les auteurs ont décrit les preuves antitumorales comme étant préliminaires ; l’étude sur la tumeur a utilisé 5 souris par groupe, testé une dose unique de CH-PDNV sans contrôle positif du traitement et évalué les réponses immunitaires dans la rate plutôt que dans la tumeur. L’étude n’a pas non plus évalué la biodisponibilité orale, la biodistribution ou la pharmacocinétique. Collectivement, ces résultats montrent que les CH-PDNV sont des nanovésicules stables et bioactives présentant un potentiel immunomodulateur et antitumoral préliminaire après administration orale chez la souris.
Conclusions
Les CH-PDNV présentent des activités immunostimulatrices et antitumorales prometteuses. Les CH-PDNV ont favorisé la maturation des DC par des voies impliquant la signalisation associée à TLR2 et TLR4 et ont été associés à la restauration de réponses immunitaires sélectionnées chez les souris immunodéprimées et à la suppression de la croissance tumorale chez les souris porteuses d’E.G7. Ces résultats justifient des investigations précliniques supplémentaires sur les mécanismes du CH-PDNV, la biodisponibilité orale, la biodistribution, la pharmacocinétique, la sécurité à long terme et le potentiel thérapeutique.
