Les scientifiques de Johns Hopkins Medicine disent avoir développé une nanoparticule -; un contenant biodégradable extrêmement petit – ; qui a le potentiel d’améliorer l’administration de vaccins à base d’acide ribonucléique messager (ARNm) pour les maladies infectieuses telles que le COVID-19, et de vaccins pour le traitement de maladies non infectieuses, dont le cancer.
Les résultats des tests chez la souris, rapportés le 20 juin dans le Actes de l’Académie nationale des sciencesmontrent que la nanoparticule dégradable à base de polymère portant un vaccin à base d’ARNm, lorsqu’elle est injectée dans la circulation sanguine de souris, a pu se déplacer jusqu’à la rate et activer certaines cellules immunitaires anticancéreuses de manière ciblée.
Les chercheurs ont également découvert que les souris atteintes de mélanome survivaient deux fois plus longtemps et deux fois plus de souris atteintes d’un cancer colorectal survivaient à long terme, après une injection de nanoparticules fabriquées par Johns Hopkins, par rapport aux souris ayant reçu des traitements témoins.
De plus, les scientifiques ont découvert que chez les souris, environ la moitié des cellules immunitaires spécialisées responsables de la reconnaissance et de la destruction des cellules malsaines telles que celles infectées par des virus ou un cancer, avaient été activées et préparées pour reconnaître les cellules cancéreuses envahissantes spécifiques.
Les nanoparticules fabriquées à partir de lipides (un type d’acide gras) sont à la base des vaccins à ARNm COVID-19. Ces vaccins préventifs à base de lipides sont généralement injectés dans le muscle.
Cependant, alors que le muscle contient de nombreuses cellules capables d’exprimer des ARNm pouvant conduire à une réponse anticorps, il existe relativement peu de cellules dendritiques – ; les cellules immunitaires qui apprennent au reste du système immunitaire, en particulier les lymphocytes T, à rechercher et à détruire les cellules cancéreuses. Les scientifiques pourraient être en mesure d’améliorer les vaccins axés sur le traitement du cancer en améliorant leur capacité à atteindre les cellules dendritiques avec leurs instructions d’ARNm.
L’injection de vaccins à base de lipides dans la circulation sanguine s’est avérée difficile car les vaccins ont tendance à se rendre directement au foie, où ils sont dégradés.
Notre objectif était de développer une nanoparticule qui ne serait pas envoyée directement au foie et qui pourrait apprendre efficacement aux cellules du système immunitaire à rechercher et à détruire la cible appropriée. »
Jordan Green, Ph.D., professeur de génie biomédical, Johns Hopkins University School of Medicine
Green explique que pour fabriquer des vaccins plus puissants contre les maladies infectieuses et les maladies non infectieuses, telles que le cancer, le contenu de l’ARNm de la nanoparticule est nécessaire pour atteindre, pénétrer et être exprimé dans les cellules dendritiques. Une fois que l’ARNm est exprimé dans les cellules dendritiques, il est rapidement dégradé et la réponse cellulaire immunitaire qui en résulte peut durer beaucoup plus longtemps après la disparition de l’ARNm et des nanoparticules, expliquent les chercheurs.
Habituellement, les scientifiques ont accompli ce ciblage cellulaire en attachant des protéines à une nanoparticule qui se lie spécifiquement, comme une serrure et une clé, à la surface d’une cellule cible. Cependant, lors des tests en laboratoire de cette approche, seul un petit pourcentage de nanoparticules atteint la cellule cible, et les scientifiques affirment qu’il existe des défis de fabrication avec de telles approches.
Green et son équipe ont testé divers matériaux et ont finalement décidé d’enfermer un ARNm souhaité dans un récipient à base de polymère. Les polymères sont des groupes répétitifs de petites molécules qui forment une chaîne étroitement liée pour créer une molécule plus grande, et ils peuvent être conçus pour se biodégrader en petites molécules dans le corps. L’équipe de Green a conçu le rapport des nanoparticules entre les molécules aimant l’eau et les molécules hydrophobes juste ce qu’il faut – ; une clé pour rendre la nanoparticule plus apte à encapsuler l’ARNm et faciliter l’entrée dans la cellule cible.
Ensuite, l’équipe de Green a utilisé des liaisons disulfure pour que les nanoparticules se dégradent rapidement à l’intérieur de la cellule cible. Les polymères utilisés pour construire les nanoparticules contenaient des molécules coiffantes qui ont une affinité pour un type de tissu spécifique.
Enfin, Green et son équipe ont ajouté un « assistant », également appelé adjuvant, à la nanoparticule. L’adjuvant aide à activer la cellule dendritique.
Dans des expériences sur des cellules cultivées en laboratoire, les chercheurs ont découvert que la configuration des nanoparticules qu’ils avaient développée était absorbée par les cellules dendritiques primaires à des niveaux environ cinquante fois plus élevés que l’ARNm lui-même. Chez la souris, près de 80 % des cellules de la rate atteintes par les nanoparticules étaient les cellules dendritiques cibles.
Dans une série d’expériences, les chercheurs ont utilisé des souris avec des cellules immunitaires génétiquement modifiées pour briller en rouge si la nanoparticule était ouverte pour révéler son contenu en ARNm. Ils ont découvert que 5 à 6 % de toutes les cellules dendritiques de la rate captaient, ouvraient et traitaient avec succès la nanoparticule, et que cela se produisait principalement dans les cellules dendritiques par rapport à d’autres cellules immunitaires, notamment les macrophages, les monocytes, les neutrophiles et les lymphocytes T.
« Le système immunitaire est conçu pour fonctionner grâce à une réponse amplifiée, où les cellules dendritiques enseignent aux autres cellules immunitaires ce qu’il faut rechercher dans le corps », explique Green.
Des expériences ultérieures ont montré que la moitié des souris atteintes d’un cancer colorectal ont survécu à long terme après avoir reçu deux injections de la nouvelle formulation de nanoparticules plus un médicament d’immunothérapie, contre 10 % à 30 % qui ont survécu après un traitement avec d’autres formulations de nanoparticules et un médicament d’immunothérapie ou l’immunothérapie. médicament seul.
Parmi les souris survivantes à long terme atteintes d’un cancer colorectal, toutes vivaient sans traitement supplémentaire lorsque les chercheurs leur ont donné des cellules cancéreuses colorectales supplémentaires, suggérant une réponse immunologique à long terme qui a empêché le cancer de revenir.
Les chercheurs ont également découvert que 21 jours après le traitement avec la nouvelle nanoparticule, 60 % des lymphocytes T tueurs de cellules chez les souris étaient armés pour reconnaître et attaquer les cellules colorectales. De même, chez les souris atteintes de mélanome, environ la moitié du même type de cellules T ont été amorcées pour attaquer le mélanome.
« Le système de livraison de nanoparticules a pu créer une armée de lymphocytes T capables de reconnaître l’antigène lié au cancer », explique Green.
« Ce nouveau système d’administration de nanoparticules peut améliorer la façon dont les vaccins sont administrés contre les maladies infectieuses, et il peut également ouvrir une nouvelle voie pour le traitement du cancer », a déclaré Green.
Les autres contributeurs à la recherche sont Elana Ben-Akiva, Johan Karlsson, Shayan Hemmati, Hongzhe Yu, Stephany Tzeng de Johns Hopkins et Drew Pardoll du Johns Hopkins Bloomberg-Kimmel Institute for Cancer Immunotherapy et du Kimmel Cancer Center.
Ce travail a été soutenu en partie par des subventions des National Institutes of Health (R01CA228133, P41EB028239, R37CA246699, F31CA250367), la Fondation Goldhirsh-Yellin, la bourse postdoctorale internationale du Conseil suédois de la recherche et le Johns Hopkins Bloomberg-Kimmel Institute for Cancer Immunotherapy.
Ben-Akiva, Karlsson, Tzeng et Green sont co-inventeurs de brevets déposés par l’Université Johns Hopkins sur des technologies liées à cette recherche.
