L'un des défis de la pharmacologie moderne est la spécificité. Malgré les effets thérapeutiques, les médicaments peuvent souvent avoir des effets secondaires. La base biologique pour cela a à voir avec les protéines et les récepteurs que le médicament cible et auxquels se lie. De nombreux récepteurs cibles sont connectés à plus d'une voie biochimique ou plus communément, le médicament n'est pas assez spécifique pour se lier exclusivement à un récepteur particulier.

Une solution consiste à développer des récepteurs cibles artificiels qui ne sont activés que par des ligands qu'on ne trouve nulle part dans la cellule. L'idée est que lorsqu'elle est "installée" dans une cellule, ces paires artificielles récepteur-ligand n'activeront qu'une seule voie biochimique, parfois totalement nouvelle, sans interférer avec les autres fonctions de la cellule.

Le domaine s'est principalement concentré sur les récepteurs cellulaires, et surtout ceux situés sur la membrane cellulaire. Ces récepteurs ont un énorme potentiel biomédical et pharmacologique, car ils traduisent les signaux extracellulaires en fonctions intracellulaires spécifiques. Mais parce qu'ils se lient souvent à de multiples protéines intracellulaires avec des interactions qui ne sont actuellement pas très bien comprises, il s'est avéré difficile de concevoir des récepteurs synthétiques dotés de nouvelles fonctions de signalisation.

Maintenant, scientifiques du laboratoire de Patrick Barth à l'EPFL, le Ludwig Institute for Cancer Research Lausanne et le Baylor College of Medicine aux États-Unis ont développé une méthode informatique puissante pour modéliser et concevoir avec précision des paires orthogonales récepteur-ligand synthétiques qui se lient et transmettent des signaux biochimiques dans la cellule avec une sélectivité élevée.

La méthode intègre divers aspects de la biologie computationnelle synthétique (par exemple, la modélisation de l'homologie des protéines membranaires, ligand et protéine docking) avec des techniques qui peuvent concevoir un couplage membranaire récepteur-protéine émettrice même s'il n'y a aucune information sur la structure des différents composants ou leurs interactions.

Les scientifiques ont testé leur méthode sur le récepteur de la dopamine D2, qui est fortement impliqué dans diverses fonctions du système nerveux central, comme la détection, comportement, et mouvement. En outre, le récepteur D2 est également lié à des maladies telles que la maladie de Parkinson et la maladie d'Alzheimer, ce qui signifie que les récepteurs synthétiques de la dopamine avec des propriétés de signalisation affinées seraient des outils puissants pour mieux étudier les voies de signalisation biochimiques et même développer des thérapies géniques contre les maladies neurodégénératives à l'avenir.

Le récepteur synthétique et son ligand liés ensemble avec une grande efficacité, et s'est avéré capable de déclencher les fonctions prévues dans la cellule sans interférer avec ses autres, activités naturelles.

Finalement, le récepteur conçu présentait des motifs distincts dans sa séquence d'acides aminés, qui élargit "l'alphabet" pour reconnaître les récepteurs et leurs ligands.

"Cette approche de conception peut être utilisée pour reprogrammer des fonctions cellulaires dans des applications d'ingénierie cellulaire, " dit Patrick Barth. " Par exemple, on pourrait envisager de concevoir des biocapteurs synthétiques qui redirigent les signaux immunitaires inhibiteurs des microenvironnements tumoraux vers des fonctions cellulaires prolifératives et activatrices. L'exploitation de cellules immunitaires modifiées, comme les cellules T des récepteurs d'antigènes chimériques, avec de tels biocapteurs est susceptible d'améliorer leurs fonctions anti-tumorales et de lutter contre le cancer. »