Dans une nouvelle étude, Des chercheurs du MIT ont développé des nanoparticules capables de fournir le système d'édition du génome CRISPR et de modifier spécifiquement les gènes chez la souris. L'équipe a utilisé des nanoparticules pour transporter les composants CRISPR, éliminant le besoin d'utiliser des virus pour la livraison.

En utilisant la nouvelle technique de livraison, les chercheurs ont pu supprimer certains gènes dans environ 80 % des cellules hépatiques, le meilleur taux de réussite jamais atteint avec CRISPR chez les animaux adultes.

"Ce qui est vraiment excitant ici, c'est que nous avons montré que vous pouvez fabriquer une nanoparticule qui peut être utilisée pour modifier de manière permanente et spécifique l'ADN dans le foie d'un animal adulte, " dit Daniel Anderson, professeur agrégé au département de génie chimique du MIT et membre du Koch Institute for Integrative Cancer Research et de l'Institute for Medical Engineering and Science (IMES) du MIT.

L'un des gènes ciblés dans cette étude, connu sous le nom de Pcsk9, régule le taux de cholestérol. Des mutations dans la version humaine du gène sont associées à une maladie rare appelée hypercholestérolémie familiale dominante, et la FDA a récemment approuvé deux médicaments anticorps qui inhibent Pcsk9. Cependant, ces anticorps doivent être pris régulièrement, et pour le reste de la vie du patient, pour fournir une thérapie. Les nouvelles nanoparticules éditent définitivement le gène après un seul traitement, et la technique est également prometteuse pour le traitement d'autres troubles hépatiques, selon l'équipe du MIT.

Anderson est l'auteur principal de l'étude, qui paraît dans le numéro du 13 novembre de Biotechnologie naturelle . L'auteur principal de l'article est le chercheur de l'Institut Koch Hao Yin. D'autres auteurs incluent le professeur Robert Langer du MIT, David H. Koch Institute, les professeurs Victor Koteliansky et Timofei Zatsepin de l'Institut des sciences et technologies de Skolkovo, et le professeur Wen Xue de la faculté de médecine de l'Université du Massachusetts.

Cibler la maladie

De nombreux scientifiques tentent de développer des moyens sûrs et efficaces de fournir les composants nécessaires à CRISPR, qui se compose d'une enzyme coupant l'ADN appelée Cas9 et d'un ARN court qui guide l'enzyme vers une zone spécifique du génome, diriger Cas9 où faire sa coupe.

Dans la plupart des cas, les chercheurs s'appuient sur des virus pour porter le gène de Cas9, ainsi que le brin guide d'ARN. En 2014, Anderson, Yin, et leurs collègues ont développé un système d'administration non viral lors de la toute première démonstration de guérison d'une maladie (le trouble hépatique tyrosinémie) avec CRISPR chez un animal adulte. Cependant, ce type de livraison nécessite une injection haute pression, une méthode qui peut également causer des dommages au foie.

Plus tard, les chercheurs ont montré qu'ils pouvaient délivrer les composants sans injection à haute pression en emballant l'ARN messager (ARNm) codant pour Cas9 dans une nanoparticule au lieu d'un virus. En utilisant cette approche, dans lequel l'ARN guide était encore délivré par un virus, les chercheurs ont pu modifier le gène cible dans environ 6 % des hépatocytes, ce qui est suffisant pour traiter la tyrosinémie.

Bien que cette technique de livraison soit prometteuse, dans certaines situations, il serait préférable d'avoir un système d'administration complètement non viral, dit Anderson. Une considération est qu'une fois qu'un virus particulier est utilisé, le patient développera des anticorps contre celui-ci, il ne pouvait donc plus être utilisé. Aussi, certains patients ont des anticorps préexistants contre les virus testés en tant que véhicules d'administration CRISPR.

Dans le nouvel article de Nature Biotechnology, les chercheurs ont mis au point un système qui fournit à la fois Cas9 et le guide ARN à l'aide de nanoparticules, sans avoir besoin de virus. Pour délivrer les ARN guides, ils ont d'abord dû modifier chimiquement l'ARN pour le protéger des enzymes du corps qui le décomposeraient normalement avant qu'il n'atteigne sa destination.

Les chercheurs ont analysé la structure du complexe formé par Cas9 et le guide ARN, ou sgRNA, pour déterminer quelles sections du brin d'ARN guide pourraient être modifiées chimiquement sans interférer avec la liaison des deux molécules. Sur la base de cette analyse, ils ont créé et testé de nombreuses combinaisons possibles de modifications.

« Nous avons utilisé la structure du complexe Cas9 et sgRNA comme guide et avons effectué des tests pour déterminer que nous pouvons modifier jusqu'à 70 % de l'ARN guide, " dit Yin. "Nous pourrions le modifier fortement et ne pas affecter la liaison de sgRNA et Cas9, et cette modification améliorée améliore vraiment l'activité."

Reprogrammer le foie

Les chercheurs ont emballé ces guides d'ARN modifiés (qu'ils appellent sgRNA améliorés) dans des nanoparticules lipidiques, qu'ils utilisaient auparavant pour délivrer d'autres types d'ARN au foie, et les a injectés à des souris avec des nanoparticules contenant de l'ARNm qui code pour Cas9.

Ils ont expérimenté la suppression de quelques gènes différents exprimés par les hépatocytes, mais ont concentré l'essentiel de leur attention sur le gène Pcsk9 qui régule le cholestérol. Les chercheurs ont réussi à éliminer ce gène dans plus de 80 pour cent des cellules hépatiques, et la protéine Pcsk9 était indétectable chez ces souris. Ils ont également constaté une baisse de 35% du taux de cholestérol total des souris traitées.

Les chercheurs travaillent maintenant à identifier d'autres maladies du foie qui pourraient bénéficier de cette approche, et faire progresser ces approches vers une utilisation chez les patients.

"Je pense qu'avoir une nanoparticule entièrement synthétique qui peut spécifiquement désactiver les gènes pourrait être un outil puissant non seulement pour Pcsk9 mais aussi pour d'autres maladies, " dit Anderson. " Le foie est un organe très important et une source de maladie pour de nombreuses personnes. Si vous pouvez reprogrammer l'ADN de votre foie pendant que vous l'utilisez encore, nous pensons qu'il y a beaucoup de maladies qui pourraient être traitées."

« Nous sommes très heureux de voir cette nouvelle application de la nanotechnologie ouvrir de nouvelles voies pour l'édition de gènes, « Langer ajoute.