Les chercheurs de l'ETH ont développé un nouveau commutateur de gènes qui peut être activé à l'aide d'un patch de nitroglycérine disponible dans le commerce appliqué sur la peau. Un jour, les chercheurs veulent utiliser des commutateurs de ce type pour déclencher des thérapies cellulaires pour diverses maladies métaboliques.
Le corps régule son métabolisme avec précision et en continu, avec des cellules spécialisées dans le pancréas surveillant constamment la quantité de sucre dans le sang, par exemple. Lorsque cette glycémie augmente après un repas, le corps met en mouvement une cascade de signal afin de le ramener.
Chez les personnes souffrant de diabète, ce mécanisme de réglementation ne fonctionne plus exactement comme il se doit. Les personnes touchées ont donc trop de sucre dans leur sang et doivent mesurer leur glycémie et s'injecter avec l'insuline afin de la réguler. Il s'agit d'une approche relativement imprécise par rapport au mécanisme du corps.
Sommaire
Équiper les cellules avec des fonctions spéciales
Martin Fussenegger est professeur de biotechnologie et de bio-ingénierie au Département des sciences et de l'ingénierie de Biosystems de Eth Zurich à Bâle. Avec la situation ci-dessus à l'esprit, lui et son équipe travaillent sur des thérapies cellulaires depuis un certain temps. Un jour, l'espoir est que ces thérapies permettront de traiter les maladies métaboliques telles que le diabète individuellement et précisément – ou même durcie.
Mais comment fonctionnent ces thérapies cellulaires? Premièrement, les chercheurs modifient les cellules humaines en incorporant un réseau de gènes qui donnent aux cellules des capacités spéciales. Ces cellules sont implantées sous la peau, par exemple, et le réseau est activé par un stimulus externe spécifique.
Un commutateur approprié est la clé
À cette fin, les chercheurs ont développé divers types de commutateurs au cours des dernières années. Certains peuvent être contrôlés électriquement, d'autres avec de la lumière, et même en utilisant la musique du groupe de rock britannique Queen (voir ETH News).
Les chercheurs de Bâle ont maintenant développé une autre variante, qu'ils ont présentée dans la page externe de la revue Génie biomédical de la nature.
« Pour moi, cette solution est le meilleur interrupteur de gènes que mon groupe et moi avons construit jusqu'à présent », explique Fussenegger. La raison en est que l'interrupteur peut être déclenché en utilisant la nitroglycérine à ingrédients actifs établis de longue date, et que le moyen d'application – collant un patch à la peau – est très simple. Des correctifs correspondants sont déjà disponibles à l'achat de différentes tailles dans n'importe quelle pharmacie.
La nitroglycérine diffuse rapidement hors du patch et dans la peau, où elle rencontre un implant qui contient des cellules rénales humaines modifiées.
Réseau activé par l'oxyde nitrique
Ces cellules interceptent spécifiquement la nitroglycérine et ont une enzyme intégrée qui la convertit en oxyde nitrique (NO), une molécule de signalisation naturelle. Dans le corps, aucune ne provoque normalement des vaisseaux sanguins, entraînant une augmentation du flux sanguin. Il est décomposé en quelques secondes et n'affecte donc qu'une zone très localisée.
Les cellules implantées sont modifiées afin de ne pas déclencher la production et la libération du Messager chimique GLP-1, ce qui stimule à son tour la libération d'insuline par les cellules bêta du pancréas et régule ainsi la glycémie. GLP-1 déclenche également une sensation de satiété, réduisant ainsi l'apport alimentaire.
Le nouveau commutateur est fait exclusivement de constituants humains – c'est-à-dire qu'il ne contient aucune composante d'autres espèces.
C'est une fonctionnalité nouvelle et révolutionnaire. Avec des composants d'autres espèces, il y a toujours un risque de faux déclencheur, d'interférence avec les propres processus du corps ou de réactions immunitaires. « Ici, nous pouvons exclure cela. »
Martin Fussenegger, professeur de biotechnologie et de bio-ingénierie, Département des sciences et de l'ingénierie des biosystèmes, ETH Zurich
Un arsenal entier de commutateurs
Au cours des 20 dernières années, le professeur de l'ETH a développé divers commutateurs de gènes différents, dont certains répondent aux déclencheurs physiques tels que les ondes actuelles, les ondes sonores ou la lumière. Quel type a les meilleures chances d'être implémentées un jour?
« Les déclencheurs physiques sont intéressants car nous n'avons pas besoin d'utiliser des molécules qui interfèrent avec les propres processus du corps », explique le biotechnologue. Il explique que les signaux électriques sont idéaux pour contrôler les commutateurs et les réseaux de gènes à l'aide d'électronique portable tels que des smartphones ou des montres intelligentes – et l'IA peut ensuite être incorporée également. « Je pense donc que les thérapies cellulaires électrogénétiques ont les meilleures chances de mise en œuvre. En termes de commutateurs chimiques, je vois que la nouvelle solution est en pole position », explique Fussenegger.
Cependant, le développement ultérieur de ces thérapies cellulaires basée sur les commutateurs de gènes est un processus complexe et long. « Le développement d'une thérapie cellulaire pour commercialiser la maturité prend non seulement des décennies, mais nécessite également beaucoup de personnel et des ressources suffisantes », explique le chercheur. « Il n'y a pas de raccourci. »
Jusqu'à présent, le travail de Fussenegger s'est concentré principalement sur les thérapies cellulaires du diabète, qui est l'une des maladies métaboliques les plus répandues au monde, affectant une personne sur dix. « C'est la maladie modèle avec laquelle nous travaillons. Fondamentalement, cependant, il est également possible de développer des thérapies cellulaires pour d'autres maladies métaboliques, auto-immunes ou même neurodégénératives – en principe, pour tout ce qui nécessite une régulation dynamique. » Selon Fussenegger, de nombreux médicaments sont comme un marteau qui est utilisé pour frapper à l'aveugle un problème. « Les thérapies cellulaires, en revanche, résolvent le problème de la même manière que le corps », dit-il.
