De nombreuses maladies sont causées par une protéine qui ne fonctionne pas correctement. Maintenant, une équipe de recherche multidisciplinaire avec Texas A&M AgriLife et Texas A&M University a trouvé un moyen de délivrer une protéine au cerveau rapidement, efficacement et brièvement, avec des implications thérapeutiques et scientifiques.
Les futures utilisations potentielles de la méthode pourraient inclure la réparation des lésions de la moelle épinière et une gamme d’autres applications d’injection localisées.
« Nous avons découvert que nous pouvions délivrer avec succès une protéine dans le cerveau des souris », a déclaré Jean-Philippe Pellois, Ph.D., professeur agrégé et directeur du programme d’études supérieures au Département de biochimie et de biophysique du Collège de l’agriculture et des sciences. chez Texas A&M Life. « Les protéines sont de grosses molécules qui ne pénètrent pas facilement dans les cellules ou ne traversent pas les membranes cellulaires, mais nous avons trouvé une astuce pour y parvenir. »
La protéine et son système de délivrance se dégradent naturellement après avoir rempli leur fonction.
« Nous voulions nous assurer que nous disposions de réactifs très doux pour les cellules, qui pouvaient pénétrer dans les cellules sans les déranger, puis ressortir sans laisser de trace », a déclaré Pellois, qui est également chercheur au Texas A&M AgriLife Research.
Pellois et son laboratoire ont collaboré avec le laboratoire de Cédric Geoffroy, Ph.D., professeur adjoint au Département de neurosciences et de thérapeutique expérimentale de la Texas A&M School of Medicine.
Les sponsors de l’étude comprenaient le National Institute of General Medical Sciences, le Texas Cancer Prevention and Research Institute, la Craig H. Neilsen Foundation et la Rehabilitation and Research Institute Foundation.
Les résultats, « In Vivo Peptide-Based Delivery of a Gene-Modifying Enzyme into Cells of the Central Nervous System », sont parus le 28 septembre dans la revue à comité de lecture. Progrès de la science.
Comment fonctionne le système de livraison de protéines
Parce que les protéines peuvent avoir des effets puissants, les cellules sont pointilleuses sur les protéines qu’elles laissent entrer. La méthode utilisée par l’équipe pour contrer cela est un peu comme mélanger des légumes verts avec du macaroni au fromage pour tenter un enfant difficile.
« Les cellules ont l’équivalent du tube digestif, appelé voie endocytaire », a déclaré Pellois. « Nous obtenons une cellule pour ingérer des protéines et notre outil de livraison. L’outil de livraison, une fois intériorisé dans la voie endocytaire, permet aux protéines d’entrer dans le reste de la cellule, en particulier le noyau, où nous pouvons déclencher une réponse. »
D’autres laboratoires ont découvert que le virus de l’immunodéficience humaine contient une petite séquence d’acides aminés – ; un peptide – ; que les cellules préfèrent ingérer. L’équipe a encore amélioré la capacité de ce peptide à pénétrer dans les cellules. Une fois à l’intérieur de la cellule, le peptide s’échappe du « tube digestif » de la cellule, tout comme la protéine cible.
« Les gens ont utilisé une partie de ce peptide avec une protéine d’intérêt », a déclaré Geoffroy. « Notre système va encore plus loin. Vous n’avez pas besoin de modifier la protéine ; la majeure partie sera livrée. »
En mélangeant la protéine cible et le peptide en solution, puis en injectant le mélange dans le cerveau des souris, l’équipe a découvert que leur protéine pénètre facilement dans les cellules cérébrales. Les souris ont été spécialement élevées pour que la protéine crée un signal visuel, la fluorescence, si elle arrivait comme prévu. En fait, les cellules cérébrales proches du site d’injection n’ont commencé à devenir fluorescentes qu’après l’injection simultanée de la protéine et de son outil d’administration.
« Si la protéine pénètre dans les cellules, ces cellules émettent une fluorescence rouge », a déclaré Pellois. « Donc, juste en regardant pour voir si les cellules sont devenues fluorescentes, nous pouvons dire si la protéine est entrée. »
Implications pour une étude plus approfondie
Geoffroy, qui se spécialise dans les neurotraumatismes et les lésions de la moelle épinière, a déclaré que l’étude fournit des preuves indispensables que la méthode fonctionne dans un cerveau vivant.
D’autres travaux se concentreront sur l’amélioration de la méthode pour cibler un seul type de cellule, a-t-il déclaré. Une autre limitation est que la méthode ne fonctionne actuellement qu’avec des injections locales. Cependant, l’étude ouvre la voie à de nombreuses applications potentielles.
« Une application clé serait d’utiliser cette approche pour des injections localisées, comme sur le site d’une lésion de la moelle épinière », a déclaré Pellois. « Nous envisageons également de le faire dans les articulations du genou pour réparer le cartilage ou pour combattre l’inflammation que des maladies comme l’arthrite peuvent causer. »
Selon Geoffroy, la méthode pourrait aider à fournir des thérapies autres que les protéines.
« Cela pourrait également améliorer l’administration de médicaments. Si vous avez un médicament contre le cancer, qui est très toxique, cette méthode pourrait réduire la quantité de médicament que nous livrons », a-t-il déclaré.
Geoffroy et Pellois ont déposé un brevet sur les composants de la méthode. Ils ont également fondé une entreprise pour rapprocher la recherche des applications.
Texas A&M AgriLife Communications
10.1126/sciadv.abo2954