Des chercheurs de l'IOCB Prague ont découvert un nouveau type de substances capables de transporter en toute sécurité divers types d'acides nucléiques utilisés à des fins thérapeutiques dans les cellules, des blocs de construction de base aux longues chaînes d'ARN ou d'ADN. Le caractère universel de leur système le distingue des solutions existantes et ouvre la porte à une grande variété d'applications dans le traitement des maladies génétiques ainsi que dans les vaccins à ARNm, qui sont devenus populaires ces derniers temps. Les résultats de leurs recherches ont été publiés dans la revue Matériaux fonctionnels avancés .

Les acides nucléiques ADN et ARN sont principalement connus comme porteurs d'informations génétiques. Actuellement, la molécule d'ARNm, qui constitue la base des vaccins génétiques contre le COVID-19, a suscité beaucoup d'attention. La molécule d'ARNm sert en quelque sorte de prescription pour la synthèse d'une protéine spécifique, par exemple la protéine de pointe du coronavirus, contre lesquels l'organisme commence alors à produire naturellement des anticorps. Cette synthèse a lieu au sein de la cellule, la molécule appropriée doit donc d'abord y arriver en toute sécurité.

"L'ARN est une substance très instable qui est sujette à une dégradation rapide. Afin de le transporter dans la cellule, il doit être conditionné pour le protéger du milieu environnant et assurer son transport en toute sécurité dans le corps cellulaire. Mais ce n'est pas un problème trivial, " explique Klára Grantz Šašková du groupe Proteases of Human Pathogens à l'IOCB Prague.

En thérapie, les lipides sont utilisés en combinaison avec d'autres molécules capables de se regrouper avec l'ARN et de créer des nanoparticules, dans lequel l'acide nucléique est protégé de son environnement. Ce principe est utilisé par les derniers vaccins à ARNm contre le coronavirus, par exemple.

"Parce que différentes molécules d'ARN de différentes tailles sont utilisées pour chaque thérapie ciblée, jusqu'à présent, il était nécessaire de trouver une composition unique de lipides pour chaque type spécifique d'ARN capable d'empaqueter la molécule, le transporter dans la cellule, puis le relâcher. De plus, un tel emballage doit être sans danger pour le corps humain, et qui complique considérablement et ralentit le développement, " dit Petr Cígler, qui dirige le groupe de nanochimie synthétique à l'IOCB Prague.

Une équipe de chercheurs de l'IOCB Prague dirigée par Petr Cígler et Klára Grantz Šašková en collaboration avec des chercheurs de l'Institut de génétique moléculaire de l'Académie tchèque des sciences, Université Charles, et le centre BIOCEV ont découvert un nouveau type de nanoparticules qui, sans modifications compliquées supplémentaires, sont capables de transporter des acides nucléiques de longueurs variables dans les cellules, des blocs de construction de base des acides nucléiques et des siARN courts utilisés en thérapie génétique à l'ARNm et aux longues chaînes d'ADN. Ces nanoparticules, nommé XMAN, ne sont pas toxiques pour le corps et peuvent facilement pénétrer dans le corps cellulaire et libérer leur cargaison avec une efficacité comparable pour la majorité des types d'acides nucléiques.

"Ce qui rend nos composés spéciaux, c'est qu'ils fonctionnent de manière universelle. Cela signifie qu'ils peuvent transporter n'importe quel type d'acide nucléique dans les cellules, et ils le font avec une efficacité très similaire. Ils sont également capables de pénétrer en toute sécurité à l'intérieur de cellules très difficiles à pénétrer, tels que les hépatocytes humains primaires ou les lignées cellulaires de divers cancers hématologiques, qui représentent actuellement une cible thérapeutique difficile, " dit Grantz ašková.

« Un autre grand avantage est leur stabilité à long terme à des températures relativement normales. Contrairement aux vaccins à ARNm actuellement utilisés, qui doivent être stockés à moins 70 degrés Celsius, nos nanoparticules peuvent être conservées plusieurs mois dans un réfrigérateur ordinaire, " ajoute Cígler.

La capacité à transporter des molécules de tailles variables dans les cellules facilite l'utilisation du système même dans des thérapies génétiques très différentes les unes des autres. En plus des vaccins à ARNm, il s'agit notamment de maladies telles que l'hémophilie A ou la mucoviscidose causées par une production insuffisante d'une certaine protéine. Dans ces cas, la molécule d'ARNm permet à la cellule de produire la protéine manquante.

Les nouvelles molécules peuvent également être utilisées dans le traitement de maladies causées par la production de protéines pathologiques, telles que certaines formes d'amylose menaçant le pronostic vital, où les problèmes sont causés par le dysfonctionnement de la protéine transthyrétine. Dans de tels cas, il est possible de transporter un court segment d'ARN appelé siRNA (small interfering RNA), qui, lors de l'entrée dans la cellule, est capable de désactiver la production de la protéine nocive ou défectueuse.

Des recherches plus poussées sur de nouvelles nanoparticules lipidiques pourraient conduire à un transport ciblé dans des types spécifiques de cellules, lequel, entre autres, est utile pour le développement de vaccins anticancéreux personnalisés ou de médicaments à ARN pour le traitement des maladies neurodégénératives.

Le nouveau système universel de transport d'acides nucléiques thérapeutiques dans les cellules a un grand potentiel pour le développement de nouveaux vaccins et médicaments. Par conséquent, TECH IOCB, le bureau de transfert de technologie filiale de l'IOCB Prague, travaille intensivement à sa commercialisation et négocie avec d'éventuels partenaires de l'industrie pharmaceutique.