Les hôpitaux recherchant plus souvent des antibiotiques de dernier recours pour lutter contre les infections et les récentes épidémies d'Ebola et de Zika traversant les frontières comme jamais auparavant, la communauté scientifique mondiale a été mise au défi de développer de nouveaux antimicrobiens pour protéger la population.

La branche de recherche du département américain de la Défense, l'Agence du Programme de Recherche Avancée de la Défense, ou DARPA, est connu pour relever des défis démesurés comme celui-ci. Et donc, ils ont lancé un appel aux chercheurs pour qu'ils découvrent comment faire au moins 1000 doses à n'importe quel agent pathogène inconnu - en une semaine.

Une équipe de l'ASU a été l'une des rares à relever ce défi.

"Pour autant que nous sachions, nous étions la seule équipe à comprendre comment faire cela pour n'importe quel agent pathogène - virus ou bactérie, " a déclaré le chef de la recherche Stephen Albert Johnston, qui dirige le Centre d'innovations en médecine de l'ASU Biodesign Institute et est professeur à l'École des sciences de la vie. « Bien que le système soit conçu pour créer des antimicrobiens en cas d'extrême urgence - qui, nous l'espérons, ne sera jamais nécessaire - les éléments de base peuvent être appliqués pour améliorer les approches conventionnelles de fabrication d'anti-infectieux.

« Mon centre de recherche s'épanouit en entreprenant des projets que la plupart pensent impossibles à réaliser. Ce défi était trop beau pour ne pas être relevé. »

Sentinelles synthétiques

Les anticorps sont gros, Protéines en forme de Y produites par le système immunitaire humain pour éloigner les envahisseurs étrangers. Nos corps montent cette défense rapidement, surtout s'ils ont déjà vu l'envahisseur, produisant l'anticorps nécessaire dans les jours suivant l'infection.

Mais pour les faire en labo, les anticorps spécifiques à un seul envahisseur peuvent prendre des mois, et être une proposition coûteuse.

Johnston voulait imiter l'approche de la nature tout en réduisant considérablement le temps de découverte et de production d'antimicrobiens.

Au cours de la dernière décennie, L'équipe de Johnston a été une pionnière dans le développement de versions fabriquées en laboratoire qui se concentrent uniquement sur l'aspect commercial des anticorps, éléments critiques de reconnaissance des pathogènes, appelés anticorps synthétiques, ou syncorps.

Les synbodies sont constitués de deux courts fragments de protéines, appelés peptides, qui sont réunis pour former un petit, composé de type anticorps encore assez gros pour faire son travail.

Déchiqueter

Mais même le processus de création de synbodies prend généralement plusieurs mois.

Les synbodies sont sélectionnés sur des puces peptidiques contenant un ensemble prédéfini de 10, 000 peptides placés en rangées nettes sur une lame de verre de microscope, appelé microarray.

Pour générer un synbody avec une activité antibiotique, une solution contenant des bactéries ou des virus peut être placée sur le microarray.

« Notre solution pour gagner du temps consistait à pré-cribler un grand nombre d'agents pathogènes sur la puce à ADN et à trouver 100 peptides suffisamment diversifiés pour que tout agent pathogène dépisté se lie à deux peptides ou plus, " a déclaré Chris Diehnelt, un professeur agrégé de recherche au centre de Johnston qui a supervisé les expériences de laboratoire.

Ils pourraient stocker d'importants stocks de ces 100 peptides à l'avance afin que 1, 000 doses ou plus d'un produit thérapeutique pourraient être rapidement produites, criblage des meilleurs candidats qui bloquent un agent pathogène donné. Ces candidats sont alors produits en grande quantité, purifié et testé sur des souris pour la toxicité aiguë de sorte que l'ensemble du processus soit terminé en une semaine.

Pour leur preuve de concept, ils ont criblé un total de 21 virus et bactéries différents contre leurs puces synbody.

"Nous avons découvert que la majorité des peptides reconnaissaient un agent pathogène, " dit Diehnelt.

En outre, ils ont testé leur système contre deux agents pathogènes inconnus qui n'ont pas été utilisés dans l'étude.

"Les données ont montré que cette puce peut potentiellement identifier des peptides de liaison pour n'importe quel agent pathogène donné, " dit Diehnelt.

Un coup dans le bras

« Avec cette approche, des dizaines voire des centaines de synbodies peuvent être produits en une journée, " a déclaré Johnston.

Les meilleurs candidats sont rapidement évalués à la fois pour la destruction efficace et la toxicité pour l'homme et peuvent être produits à grande échelle.

Finalement, leur système a été testé contre deux fléaux sociétaux et problèmes de santé majeurs dans le monde :une souche de grippe potentiellement pandémique (grippe H1N1) comme test viral et une bactérie qui provoque des infections liées à la chirurgie, S. epidermidis .

"Nos données indiquent qu'un nouveau virus ou une nouvelle bactérie peut être criblé contre la petite bibliothèque de peptides pour découvrir des peptides de liaison qui peuvent être convertis en syncorps antiviraux et antibactériens neutralisants de manière rapide, " dit Diehnelt.

Les prochaines étapes seraient de préparer le produit final pour une livraison IV, et d'étendre le système pour produire suffisamment de produits pour une utilisation à l'échelle de la population — si le prochain Ebola, Zika ou une épidémie imprévue se produisent.

"Une clé, caractéristique unique de notre technologie synbody est que la même plate-forme peut produire des synbodies avec une activité antibiotique ou antivirale directe, et nous pouvons le faire à une fraction du coût potentiel actuel, des anticorps thérapeutiques produits commercialement, " a déclaré Johnston.

C'est une bonne nouvelle pour sauver des vies avant la prochaine épidémie inévitable.

Et pour Johnston, qui a également créé des sociétés basées sur d'autres technologies ASU qu'il a développées ou co-développées, cela pourrait également signifier de grandes entreprises en plus du potentiel de sauver des vies. Le marché mondial des anticorps monoclonaux thérapeutiques et les thérapies contre le cancer sont en forte demande, avec une taille de marché estimée à près de 100 milliards de dollars pour 2018.