Pour la première fois, une équipe interdisciplinaire de l'Université de Bâle a réussi à intégrer des organites artificiels dans les cellules d'embryons vivants de poisson zèbre. Cette approche innovante utilisant des organites artificiels comme implants cellulaires offre un nouveau potentiel dans le traitement d'une gamme de maladies, comme le rapportent les auteurs dans un article publié dans Communication Nature .

Dans les cellules des organismes supérieurs, les organites tels que le noyau ou les mitochondries remplissent une gamme de fonctions complexes nécessaires à la vie. Dans les réseaux du Swiss Nanoscience Institute et du PRN "Ingénierie des Systèmes Moléculaires", le groupe dirigé par le professeur Cornelia Palivan du Département de chimie de l'Université de Bâle travaille à la production d'organites de ce type en laboratoire, les introduire dans les cellules, et pour contrôler leur activité en réponse à la présence de facteurs externes (par exemple, modification des valeurs de pH ou conditions réductrices).

Ces implants cellulaires pourraient, par exemple, transportent des enzymes capables de transformer un ingrédient pharmaceutique en substance active et de le libérer "à la demande" dans des conditions spécifiques. L'administration de médicaments de cette manière pourrait réduire considérablement à la fois les quantités utilisées et les effets secondaires. Cela permettrait d'administrer le traitement uniquement lorsque cela est requis par des changements associés à des conditions pathologiques (par exemple, une tumeur).

De minuscules capsules avec une cargaison enzymatique

Les organites artificiels sont basés sur de minuscules capsules qui se forment spontanément en solution à partir de polymères et peuvent renfermer diverses macromolécules telles que des enzymes. Les organites artificiels présentés ici contenaient une enzyme peroxydase qui ne commence à agir que lorsque des molécules spécifiques pénètrent dans la paroi des capsules et soutiennent la réaction enzymatique.

Pour contrôler le passage des substances, les chercheurs ont incorporé des protéines membranaires naturelles chimiquement modifiées dans la paroi des capsules. Ceux-ci agissent comme des portes qui s'ouvrent en fonction de la concentration de glutathion dans la cellule.

À une faible valeur de glutathion, les pores des protéines membranaires sont "fermés", c'est-à-dire aucune substance ne peut passer. Si la concentration en glutathion dépasse un certain seuil, la porte des protéines s'ouvre et des substances provenant de l'extérieur peuvent passer à travers le pore dans la cavité de la capsule. Là, ils sont convertis par l'enzyme à l'intérieur et le produit de la réaction peut quitter la capsule par la porte ouverte.

Efficace également sur les organismes vivants

En collaboration avec le groupe dirigé par le professeur Jörg Huwyler du Département des sciences pharmaceutiques de l'Université de Bâle, les organites artificiels ont également été étudiés in vivo. « Nous avons maintenant pu intégrer pour la première fois ces organites artificiels contrôlables dans les cellules d'un organisme vivant, " dit Cornélia Palivan.

Les chercheurs ont choisi des embryons de poisson zèbre car leurs corps transparents permettent un excellent suivi des implants cellulaires au microscope lorsqu'ils sont marqués avec un colorant fluorescent.

Après injection des organites artificiels, ils étaient "mangés" par les macrophages et pénétraient donc dans l'organisme. Les chercheurs ont ensuite pu montrer que l'enzyme peroxydase piégée à l'intérieur de l'organite artificielle était activée lorsque le peroxyde d'hydrogène produit par les macrophages pénétrait par les portes des protéines.

"Dans cette étude, nous avons montré que les organites artificiels, qui s'inspirent de la nature, continuer à fonctionner comme prévu dans l'organisme vivant, et que la protéine gate que nous avons incorporée fonctionne non seulement dans les cultures cellulaires mais aussi in vivo, " commente Toma Einfalt, le premier auteur de l'article et diplômé de la PhD School de l'Institut suisse des nanosciences. L'idée d'utiliser des organites artificiels comme implants cellulaires avec le potentiel de produire des composés pharmaceutiques actifs, par exemple, ouvre de nouvelles perspectives pour la thérapie protéinique axée sur le patient.