Renversant l'approche standard de ciblage des médicaments viraux, des ingénieurs de l'Université de Californie à San Diego ont mis au point une nouvelle méthode prometteuse de « nanosponge » pour empêcher le VIH de proliférer dans le corps :enrober des nanoparticules de polymère avec les membranes des cellules T auxiliaires et les transformer en leurres pour intercepter les particules virales et les empêcher de se lier et infiltrer les cellules immunitaires réelles du corps.

Cette technique, développé dans le laboratoire de nanomatériaux et de nanomédecine dirigé par le professeur de nano-ingénierie Liangfang Zhang, pourrait être appliqué à de nombreux types de virus, ouvrant la porte à de nouvelles thérapies prometteuses contre les virus difficiles à combattre. Zhang est professeur au département de nano-ingénierie de la UC San Diego Jacobs School of Engineering.

Ce travail sur le VIH est apparu pour la première fois dans la revue Matériaux avancés en novembre 2018 dans un article intitulé « T-Cell-Mimicking Nanoparticles Can Neutralize HIV Infectivity ». Le travail est en cours.

« L'innovation clé ici est que nous sommes de l'autre côté du gros problème du VIH, " a déclaré Weiwei Gao, ingénieur chimiste et scientifique de projet associé au Zhang Lab de l'UC San Diego Jacobs School of Engineering. "L'approche traditionnelle du développement de médicaments exige que nous trouvions comment bloquer les protéines critiques ou les voies de signalisation dans le virus afin qu'il ne puisse pas attaquer le corps. Le problème est qu'il y a tellement de voies et tellement de redondance dans ces virus, il est vraiment difficile de trouver une voie qui soit vraiment critique.

"Notre approche vient de l'autre côté :regardez la cible du virus, " a-t-il poursuivi. " Les nanoparticules sont enveloppées des membranes des cellules que le virus cible. Par conséquent, ils peuvent agir comme un leurre de la cellule pour intercepter l'attaque virale."

Le virus VIH cible généralement les cellules appelées cellules T CD4+; également appelées cellules T auxiliaires, dans le corps sain, ces cellules aident à détecter les agents pathogènes étrangers et à les cibler pour l'attaque et l'élimination. Le virus VIH trouve et se lie à la surface de ces cellules T en utilisant le récepteur CD4, injecte ensuite leur matériel génétique dans les cellules T et utilise la machinerie des cellules T pour se répliquer. Finalement, après qu'assez de nouveau virus VIH ait été produit, les particules virales jaillissent de la cellule et recherchent d'autres cellules T à attaquer.

Une partie de la raison pour laquelle le VIH est si dévastateur est qu'attaquer et tuer les cellules T endommage gravement le système immunitaire, ce qui rend plus difficile pour le corps de lutter contre les infections secondaires. Et le virus mute rapidement, changer son code génétique et le rendre difficile à cibler avec les méthodes traditionnelles de découverte d'antiviraux et de médicaments.

Dans le 2018 Matériaux avancés étudier, les chercheurs ont recouvert les nanoparticules des membranes cellulaires isolées des cellules T CD4+. Lorsqu'il est ajouté aux cellules T dans une boîte et exposé à des virus, ces nanoparticules, appelés TNP, a agi comme une sorte d'éponge, absorber le virus et protéger les cellules T contre l'infection. Ils ont découvert que le virus VIH était tout aussi susceptible de se lier à un TNP qu'à une cellule T, mais comme il n'y a pas de machinerie cellulaire à l'intérieur de ces nanoparticules, le virus ne peut pas s'injecter ou se répliquer, et il est rendu inoffensif.

Tout comme avec les cellules T CD4+, les nanoparticules se lient au virus VIH par l'intermédiaire de la protéine gp120 à la surface du virus. Lorsque les TNP ont été ajoutés au mélange de cellules T à une concentration de 3 mg/mL, l'équipe a constaté une réduction de l'infection de plus de 80 %, par rapport aux cellules qui n'avaient pas été traitées avec des TNP. Ils considèrent cela comme une preuve prometteuse que ces nanoparticules pourraient être infusées dans la circulation sanguine chez les patients pour absorber l'infection par le VIH, abaisser leurs niveaux d'infection et finalement l'éliminer du système.

« Il existe une autre application potentielle de l'utilisation des TNP pour traiter le VIH. Les cellules immunitaires du corps qui sont infectées par le VIH mais ne produisent pas activement de nouveau virus deviennent des réservoirs viraux, " a déclaré Gao. " Trouver des moyens de détruire de tels réservoirs est un défi majeur auquel sont confrontés les chercheurs sur le VIH. Mais ces cellules réservoirs peuvent aussi exprimer gp120, les TNP peuvent donc être utilisés comme véhicules pour délivrer avec précision des antiviraux à ces cellules et les tuer. »

Le travail a été inspiré par des projets antérieurs du laboratoire de Zhang axés sur les globules rouges. "Notre travail s'est concentré sur l'utilisation de nanoparticules pour l'administration de médicaments, " Gao dit, "mais les nanoparticules ne circulent pas longtemps dans le corps. Nous avons eu l'idée :rendre plus difficile pour le corps de reconnaître les nanoparticules comme étrangères, et si nous les déguisons en globules rouges ? Les globules rouges circulent naturellement longtemps, donc si on peut les imiter avec des nanoparticules, nous devrions voir un schéma de circulation similaire. » Les travaux de l'équipe sur la technologie de dissimulation des globules rouges sont apparus pour la première fois dans la littérature universitaire en 2011 dans le PNAS article « Nanoparticules polymères camouflées par membrane érythrocytaire en tant que plate-forme d'administration biomimétique. »

Gao dit que cette approche peut probablement être appliquée à une grande variété d'agents pathogènes. "Beaucoup de bactéries aiment aussi attaquer les globules rouges, " dit-il. " Alors peut-être que ces nanoparticules peuvent agir comme un leurre pour bloquer les toxines des bactéries. Ou ils pourraient agir comme des leurres pour réagir à d'autres toxines, comme les agents neurotoxiques, qui ciblent les globules rouges."

Il y a encore un certain nombre d'obstacles sur leur chemin avant que ces TNP puissent être utilisés chez les patients humains. Par exemple, ils n'ont pas encore pu tester leurs TNP sur des modèles animaux vivants.

« Parce que le VIH est une maladie humaine, il est difficile de le reproduire dans des modèles animaux, " a déclaré Gao. "Nous travaillons donc en étroite collaboration avec le Dr Stephen Spector, le chef de la division des maladies infectieuses pédiatriques à UC San Diego Health, sur cette question, pour déterminer la meilleure approche pour tester cela in vivo.

"Notre étude est vraiment une preuve de concept, " Gao a poursuivi. " Le développement de la maladie change à différents stades de la maladie, et le virus fonctionne différemment à l'intérieur du corps, avec différents niveaux d'infectiosité et d'activité. Il sera essentiel de travailler avec des médecins et des chercheurs qui connaissent très bien la pathologie du VIH pour optimiser le régime de traitement en fonction de ce que l'on sait de la maladie afin de s'assurer que les nanoparticules sont les plus efficaces pour le traitement. »

Toujours, ce travail représente la première étape d'une nouvelle direction passionnante pour le traitement du VIH, et Gao voit le terrain comme plein de possibilités. « Cette technologie est très adaptable, à la fois pour les agents pathogènes existants et pour les nouveaux, maladies émergentes, " at-il dit. " Cette plate-forme peut surmonter la résistance aux médicaments, et peut être facilement adapté pour utiliser d'autres membranes cellulaires ou charger d'autres médicaments ou traitements dans le noyau de nanoparticules. C'est très modulaire, et ne nécessite pas de conceptions personnalisées pour chaque composé, ce qui pourrait aider au développement de traitements à l'avenir. »