La chimiste de l'UCLA, Heather Maynard, a dû se demander :comment les organismes comme le tardigrade le font-ils ?

Cet animal microscopique trapu, également connu sous le nom d'ours d'eau, peut survivre dans des environnements où la survie semble impossible. Il a été démontré que les tardigrades supportent les extrêmes de chaleur, de froid et de pression - et même le vide de l'espace - en entrant dans un état d'animation suspendue et en se revitalisant, parfois des décennies plus tard, dans des conditions plus hospitalières.

Si elle pouvait comprendre le mécanisme derrière cette préservation extraordinaire, a estimé Maynard, elle pourrait être en mesure d'utiliser les connaissances pour améliorer les médicaments afin qu'ils restent puissants plus longtemps et soient moins vulnérables aux défis environnementaux typiques, élargissant finalement l'accès et bénéficiant à la santé humaine.

Il s'avère que l'un des processus protégeant les tardigrades est stimulé par une molécule de sucre appelée tréhalose, que l'on trouve couramment dans les êtres vivants, des plantes aux microbes en passant par les insectes, dont certains l'utilisent comme sucre dans le sang. Pour quelques organismes sélectionnés, tels que l'ours d'eau et la plante de résurrection épineuse, qui peuvent revivre après des années de métabolisme quasi nul et de déshydratation complète, le pouvoir stabilisateur du tréhalose est le secret de leur courage surnaturel.

Fort de cette idée, Maynard, professeur de chimie et de biochimie titulaire de la chaire Dr Myung Ki Hong de l'UCLA en science des polymères, a inventé un polymère à base de sucre. Son polymère, appelé poly(méthacrylate de tréhalose), ou pTrMA, semble en fait améliorer la nature dans sa capacité à rendre les médicaments plus robustes aux ravages du temps et de la température.

"Nous avons pensé que si le tréhalose pouvait stabiliser des organismes entiers, cela en ferait un très bon stabilisateur", a déclaré Maynard, qui est également directeur associé de la technologie et du développement au California NanoSystems Institute de l'UCLA. "Cependant, on ne s'attendait pas à ce que notre polymère surpasse le tréhalose."

Avec le soutien et les conseils du Fonds d'innovation de l'UCLA, un programme conçu pour faciliter la commercialisation des thérapies appartenant à l'UCLA et d'autres technologies liées à la santé, Maynard et son équipe ont choisi d'étudier les effets de pTrMA sur l'insuline, un « médicament essentiel » de l'Organisation mondiale de la santé qui de nombreuses personnes atteintes de diabète s'injectent quotidiennement pour gérer la maladie.

Lorsqu'elles sont exposées à la chaleur ou trop secouées, les protéines d'insuline peuvent s'agglutiner de manière à gommer les aiguilles, rendre le médicament moins efficace ou même déclencher une réaction néfaste des défenses naturelles de l'organisme. Par conséquent, l'insuline doit être manipulée avec précaution et transportée dans des compartiments réfrigérés.

Ainsi, une insuline qui reste stable plus longtemps sans réfrigération pourrait réduire le coût du médicament en rendant la logistique moins onéreuse. Et une durée de conservation prolongée réduirait à la fois le gaspillage de médicaments et les situations potentiellement dangereuses où l'insuline périmée délivre une dose inadéquate. Plus que cela, l'insuline pourrait devenir accessible à certains endroits éloignés qui sont actuellement hors de portée pour le transport réfrigéré.

Une série d'études menées par Maynard au cours des trois dernières années a démontré le potentiel de pTrMA. Une étude récente publiée dans ACS Applied Materials &Interfaces ont constaté que le polymère préservait l'insuline à des températures de près de 200 degrés Fahrenheit - proches du point d'ébullition de l'eau - et pendant près d'un an de stockage réfrigéré, 87% du médicament restant intact, contre moins de 8% de l'insuline seule. Des expériences en laboratoire sur l'innocuité de pTrMA ont montré qu'il ne déclenchait pas de réponse immunitaire chez la souris.

Une étude de 2021, également soutenue par le Fonds d'innovation, a montré que l'insuline plus pTrMA avait une viscosité suffisamment faible pour être injectée en toute sécurité, et des recherches de 2020 ont démontré qu'une version de pTrMA conçue pour se dégrader à l'intérieur du corps conservait la capacité de stabiliser l'insuline.

Une première découverte, à partir de 2014, que le pTrMA fonctionne mieux que le tréhalose en tant qu'agent de conservation n'a pas été la seule agréable surprise en cours de route. L'équipe de Maynard conçoit généralement des polymères liés chimiquement aux molécules de médicament, mais dans le cas du pTrMA, ils ont constaté qu'il est tout aussi efficace mélangé aux molécules d'insuline sans liens chimiques.

Maynard soupçonne que le polymère a un potentiel d'utilisation plus large.

"Les polymères de tréhalose stabilisent un large éventail de protéines et d'enzymes", a-t-elle déclaré. "Les vaccins sont une possibilité, et nous pensons que les polymères pourraient être une plate-forme technologique appliquée à un éventail de différents médicaments à base biologique."

Les ressources flexibles du Fonds d'innovation ont donné à Maynard la liberté de poursuivre les questions les plus pertinentes dans ses études. Cet avantage a fini par fonctionner de concert avec un autre :les présentations aux experts de l'industrie pharmaceutique par le groupe de développement technologique de l'UCLA.

Un de ces experts a recommandé à Maynard d'étudier l'action du pTrMA dans le corps. Dans sa récente étude ACS Applied Materials &Interfaces publication sur pTrMA, Maynard et son équipe n'ont trouvé aucune différence significative dans les concentrations plasmatiques au fil du temps entre l'insuline seule et le médicament formulé avec pTrMA.

"Il n'est pas toujours facile de trouver des financements pour certaines des études systématiques que nous menons", a déclaré Maynard. "Le Fonds d'innovation de l'UCLA a accéléré la recherche et nous a donné la possibilité de nous réorienter."

Si le polymère de Maynard rencontre un succès continu en tant que stabilisant sûr, les médicaments de la vie au quotidien pourraient devenir moins chers et disponibles dans plus d'endroits. Et elle aura quelques autres à remercier :Mère Nature et l'ours d'eau presque indestructible.