Un groupe de chercheurs de l'Université de Toronto Engineering et du SickKids Hospital ont développé une nouvelle façon de fournir des molécules qui ciblent des gènes spécifiques dans les cellules.
Il a été démontré que leur plateforme, qui utilise une forme modifiée de toxine diphtérique, régule à la baisse les gènes critiques dans les cellules cancéreuses, et pourrait également être utilisée pour d'autres maladies génétiques.
L'équipe, dirigée par les professeurs Molly Shoichet et Roman Melnyk de l'hôpital SickKids, s'est inspirée d'une source inattendue: la toxine diphtérique.
Un défi majeur dans le domaine de l'administration de médicaments est que la plupart des véhicules thérapeutiques ne peuvent pas s'échapper de l'environnement acide de l'endosome une fois qu'ils pénètrent dans la cellule. La plate-forme de toxine diphtérique en tant que véhicule de livraison résout efficacement cela. «
Molly Shoichet, auteur et professeur correspondant à l'étude, Hôpital SickKids
Les scientifiques qui cherchent à placer des molécules à l'intérieur des cellules disposent d'un certain nombre d'outils existants, mais la plupart souffrent du même inconvénient – tandis que la molécule pénètre à l'intérieur de la cellule, elle reste emprisonnée dans une sorte de bulle appelée endosome. Si l'objectif est de fournir des produits thérapeutiques qui interagiront avec l'ADN de la cellule, il est essentiel de sortir de l'endosome.
En tant que mécanisme de défense naturel, des bactéries telles que Corynebacterium diptheriae produisent une toxine à base de protéines qui pénètre dans les cellules environnantes et finit par les tuer. De manière critique, cette toxine est connue pour être capable de s'échapper des endosomes, ce qui a conduit à l'idée de la réorganiser en tant que plate-forme d'administration.
Le laboratoire de Melnyk est spécialisé dans les toxines bactériennes et a inventé une version non toxique de la toxine diphtérique (connue sous le nom de toxine diphtérique atténuée).
Cette nouvelle molécule a la capacité d'entrer dans la cellule et d'échapper efficacement à l'endosome – et excelle ainsi en tant que véhicule de livraison sans aucun des effets toxiques de la toxine diphtérique.
Pour prouver que le concept fonctionnerait, les chercheurs ont utilisé le système pour délivrer des molécules qui, selon eux, seraient efficaces contre le glioblastome, une forme de cancer du cerveau.
« Le glioblastome est une maladie hautement invasive et les patients ont une espérance de vie très courte après le diagnostic initial. » dit Shoichet, « Nous voulons changer cela et avons donc poursuivi la livraison de la thérapie génique pour traiter le glioblastome. »
Le groupe a d'abord ciblé les cellules souches neurales du glioblastome, qui seraient résistantes à la chimiothérapie.
Plus précisément, les chercheurs se sont concentrés sur la fourniture d'ARN de silençage (siRNA) contre deux gènes: l'intégrine bêta 1 (ITGB1), qui est associée à la nature hautement invasive du glioblastome (et d'autres cancers), et la sous-unité b du facteur 3 d'initiation de la traduction eucaryote (eIF- 3b), qui est un gène de survie essentiel. En éliminant ce trait invasif, les chercheurs pourraient potentiellement limiter la progression de maladies comme le cancer.
« ITGB1 est impliqué dans la migration des cellules cancéreuses, ce qui contribue à l'invasion du glioblastome dans les tissus cérébraux sains », explique Laura Smith, une doctorante senior de la publication, « Nous avons utilisé un système de culture tridimensionnel innovant pour réduire considérablement l'invasion cellulaire après traitement avec notre système de toxines diphtériques atténuées par l'ARNs, ce qui suggère qu'il peut être efficace pour ralentir la progression de la maladie. «
Pour démontrer l'étendue de cette plate-forme, les chercheurs ont également livré une séquence nucléique différente qui abat eIF-3b, qui participe à la «voie de survie» des cellules cancéreuses.
« Nous avons traité les cellules avec la toxine diphtérique atténuée-siRNA contre eIF-3b et observé une régulation négative aux niveaux génétique et phénotypique. » dit Amy E. Arnold, récemment diplômée d'un doctorat du laboratoire Shoichet et première auteure de cet article.
Le groupe prévoit d'utiliser ce véhicule de livraison pour traiter d'autres maladies à l'avenir.
« Nous reconnaissons la force de cette stratégie de plate-forme et la testons activement pour la livraison d'ARN et d'autres cargaisons », explique Shoichet, offrant des perspectives d'avenir passionnantes.
La source:
Faculté des sciences appliquées et de génie de l'Université de Toronto
Référence de la revue:
Arnold, A. E., et al. (2020) La toxine diphtérique atténuée intervient dans la livraison de l'ARNsi. Avancées scientifiques. est ce que je.
