Un nouvel interrupteur pour les thérapies cellulaires du futur

L'organisme régule son métabolisme de manière précise et continue. Des cellules spécialisées du pancréas surveillent en permanence la quantité de sucre dans le sang, par exemple. Lorsque ce taux augmente après un repas, l'organisme déclenche une cascade de signaux pour le faire redescendre.

Chez les personnes souffrant de diabète, ce mécanisme de régulation ne fonctionne plus exactement comme il le devrait. Les personnes concernées ont donc trop de sucre dans le sang et doivent mesurer leur glycémie et s'injecter de l'insuline pour la réguler. Il s'agit d'une approche relativement imprécise par rapport au mécanisme propre à l'organisme.

Équiper les cellules de fonctions spéciales

Martin Fussenegger est professeur de biotechnologie et de bio-ingénierie au département de science et d'ingénierie des biosystèmes de l'ETH Zurich à Bâle. C'est dans ce contexte que son équipe et lui travaillent depuis un certain temps sur les thérapies cellulaires. L'espoir est que ces thérapies permettront un jour de traiter individuellement et précisément les maladies métaboliques telles que le diabète, voire de les guérir.

Mais comment fonctionnent ces thérapies cellulaires ? Tout d'abord, les chercheuses et chercheurs modifient des cellules humaines en y incorporant un réseau de gènes qui leur confèrent des capacités particulières. Ces cellules sont implantées sous la peau, par exemple, et le réseau est activé par un stimulus externe spécifique.

Un interrupteur approprié est essentiel

À cette fin, les chercheurs et chercheuses ont développé différents types d'interrupteurs au cours des dernières années. Certains peuvent être commandés électriquement, d'autres par la lumière, et l'un d'entre eux utilise même la musique du groupe de rock britannique Queen (voir l'article d'ETH News).

Les scientifiques de Bâle ont maintenant développé une autre variante, qu'ils ont présentée dans la revue Nature Biomedical Engineering.

« Pour moi, cette solution est le meilleur commutateur génétique que mon groupe et moi avons construit jusqu'à présent », déclare Martin Fussenegger. La raison en est que le commutateur peut être déclenché à l'aide de la nitroglycérine, un principe actif établi de longue date, et que le mode d'application - coller un patch sur la peau - est très simple. Les patchs correspondants sont déjà disponibles à la vente dans toutes les pharmacies, en différentes tailles.

La nitroglycérine diffuse rapidement du patch vers la peau, où elle rencontre un implant contenant des cellules rénales humaines modifiées.

Réseau activé par l'oxyde nitrique

Ces cellules interceptent spécifiquement la nitroglycérine et possèdent une enzyme intégrée qui la convertit en oxyde nitrique (NO), une molécule de signalisation naturelle. Dans l'organisme, le NO provoque normalement la dilatation des vaisseaux sanguins, ce qui entraîne 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 de manière à ce que le NO déclenche la production et la libération du messager chimique GLP-1, qui stimule à son tour la libération d'insuline par les cellules bêta du pancréas et régule ainsi le taux de sucre dans le sang. Le GLP-1 déclenche également une sensation de satiété, réduisant ainsi la prise alimentaire.

Le nouveau commutateur est constitué exclusivement de composants humains, c'est-à-dire qu'il ne contient pas de composants provenant d'autres espèces. «C'est une caractéristique nouvelle et révolutionnaire», déclare Martin Fussenegger. Avec des composants d'autres espèces, il y a toujours un risque de faux déclenchement, d'interférence avec les processus de l'organisme ou de réactions immunitaires. «Ici, nous sommes en mesure d'exclure ces risques.»

Tout un arsenal de commutateurs

Au cours des 20 dernières années, le professeur de l'ETH Zurich a développé différents commutateurs génétiques, dont certains réagissent à des déclencheurs physiques tels que le courant, les ondes sonores ou la lumière. Quel est le type de commutateur qui a le plus de chances d'être mis en œuvre un jour ?

«Les déclencheurs physiques sont intéressants parce que nous n'avons pas besoin d'utiliser des molécules qui interfèrent avec les processus de l'organisme», affirme le biotechnologue. Il explique que les signaux électriques sont idéaux pour contrôler les interrupteurs et les réseaux de gènes à l'aide d'appareils électroniques portables tels que les smartphones ou les smartwatches - et que l'IA peut également être incorporée. «Je pense donc que les thérapies cellulaires électrogénétiques ont les meilleures chances d'être mises en œuvre. En ce qui concerne les interrupteurs chimiques, je considère que la nouvelle solution est en pole position», déclare Martin Fussenegger.

Toutefois, le développement de ces thérapies cellulaires basées sur des commutateurs génétiques est un processus complexe et long. «Le développement d'une thérapie cellulaire jusqu'à sa maturité commerciale 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, les travaux de Martin Fussenegger se sont principalement concentrés sur les thérapies cellulaires pour le diabète, l'une des maladies métaboliques les plus répandues au monde, qui touche une personne sur dix. «C'est la maladie modèle avec laquelle nous travaillons. Mais fondamentalement, 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 le professeur, de nombreux médicaments sont comme un marteau que l'on utilise pour frapper un problème à l'aveuglette. «Les thérapies cellulaires, en revanche, résolvent le problème de la même manière que le corps», explique-t-il.