De nombreuses maladies sont causées par des défauts dans les voies de signalisation des cellules du corps. À l'avenir, les nanocapsules bioactives pourraient devenir un outil précieux pour la médecine pour contrôler ces voies. Des chercheurs de l'Université de Bâle ont franchi une étape importante dans cette direction :ils réussissent à faire fonctionner plusieurs nanocapsules différentes en tandem pour amplifier une cascade de signalisation naturelle et influencer le comportement cellulaire.

Les cellules communiquent constamment entre elles et ont des moyens de capter les signaux et de les traiter, comme les humains qui ont besoin d'oreilles pour entendre les sons et de la connaissance du langage pour en comprendre le sens. Le contrôle des voies de signalisation propres à la cellule est d'un grand intérêt pour la médecine afin de traiter diverses maladies.

Une équipe de recherche du Département de chimie de l'Université de Bâle et du PRN Ingénierie des systèmes moléculaires développe des matériaux bioactifs qui pourraient convenir à cette fin. Pour y parvenir, les chercheurs dirigés par le professeur Cornelia Palivan combinent des nanomatériaux avec des molécules et des cellules naturelles.

Dans la revue ACS Nano , ils rapportent maintenant comment les nanocapsules chargées d'enzymes peuvent pénétrer dans les cellules et être intégrées dans leurs processus de signalisation natifs. En couplant fonctionnellement plusieurs nano-capsules, ils sont capables d'amplifier une voie de signalisation naturelle.

Protéger la cargaison

Afin de protéger les enzymes de la dégradation dans un environnement cellulaire, l'équipe de recherche les a chargées dans de petites capsules polymères. Les molécules peuvent pénétrer dans le compartiment à travers des pores biologiques spécifiquement insérés dans sa paroi synthétique et réagir avec les enzymes à l'intérieur.

Les chercheurs ont mené des expériences avec des nano-capsules abritant différentes enzymes qui fonctionnaient en tandem :le produit de la première réaction enzymatique est entré dans une deuxième capsule et a déclenché la deuxième réaction à l'intérieur. Ces nano-capsulées pourraient rester opérationnelles pendant des jours et participer activement aux réactions naturelles dans les cellules de mammifères.

Petits haut-parleurs et oreilles

L'oxyde nitrique (NO) est l'un des nombreux signaux que les cellules reçoivent et traitent. C'est un mécanisme cellulaire bien étudié puisque des défauts dans la voie de signalisation du NO sont impliqués dans l'émergence de maladies cardiovasculaires, mais aussi dans les dystrophies musculaires et rétiniennes. La voie englobe la production de NO par une famille d'enzymes appelées synthases d'oxyde nitrique (NOS). Le NO peut ensuite diffuser vers d'autres cellules où il est détecté par une autre enzyme appelée guanylate cyclase soluble (sGC). L'activation de sGC déclenche une réaction en cascade, la régulation d'une multitude de processus différents tels que la relaxation des muscles lisses et le traitement de la lumière par les cellules sensorielles, entre autres.

Les chercheurs dirigés par Palivan ont produit des capsules contenant NOS et sGC, qui sont naturellement présents dans les cellules, mais à des concentrations beaucoup plus faibles :les capsules NOS, produire NON, agissent de la même manière que les haut-parleurs, « crier » leur signal haut et fort ; les capsules sGC, agir comme des « oreilles, ' détecter et traiter le signal pour amplifier la réponse.

En utilisant la concentration intracellulaire de calcium, qui dépend de l'action de sGC, comme indicateur, les scientifiques ont montré que la combinaison de capsules chargées de NOS et de sGC rend les cellules beaucoup plus réactives, avec une augmentation de 8 fois du taux de calcium intracellulaire.

Une nouvelle stratégie pour l'enzymothérapie substitutive

« C'est une nouvelle stratégie pour stimuler de tels changements dans la physiologie cellulaire en combinant les nanosciences avec des biomolécules, " commente le Dr Andrea Belluati, le premier auteur de l'étude. "Nous n'avions qu'à incuber nos capsules chargées d'enzymes avec les cellules, et ils étaient prêts à agir à tout moment".

"Cette preuve de concept est une étape importante dans le domaine de la thérapie de remplacement enzymatique pour les maladies où les voies biochimiques fonctionnent mal, comme les maladies cardiovasculaires ou plusieurs dystrophies, " ajoute Cornelia Palivan.