Les vaccins et les thérapies basés sur l'ARN messager pourraient être plus facilement administrés grâce à un polymère non toxique qui protège l'ARN et contrôle sa libération à l'intérieur des cellules.
L'avènement des vaccins utilisant l'ARN messager (ARNm) pour diriger la synthèse des protéines immunogènes, plus connues dans les vaccins contre le COVID-19, incite les chercheurs à trouver de meilleures façons de maintenir la stabilité de l'ARNm et de l'administrer efficacement.
Une équipe de l'Université de Tokyo, avec des collaborateurs au Japon et en Chine, a développé des polymères capables d'interagir avec, de stabiliser et d'envelopper l'ARNm, permettant ainsi une administration très efficace dans des cellules humaines en culture et des cellules de souris vivantes. Ils ont publié leurs travaux dans la revue Science and Technology of Advanced Materials .
"Au-delà des vaccins contre les maladies infectieuses, l'ARNm présente des pistes prometteuses pour des traitements sans précédent comme les thérapies de remplacement des protéines, l'édition génétique et les immunothérapies", explique Horacio Cabral de l'équipe de l'Université de Tokyo. "Mais pour libérer tout le potentiel de ces thérapies avancées, le développement de systèmes de transport sûrs et efficaces est primordial."
Les chercheurs ont étudié les moyens d'affiner la structure de leurs molécules de polymère pour leur permettre d'interagir avec l'ARNm pour le protéger. Les polymères biocompatibles et non toxiques étaient d'un type appelé copolymères séquencés, construits à partir de segments alternés de différents groupes chimiques, en l'occurrence le polyéthylène glycol et le polyglycérol.
Mais la clé pour obtenir une interaction appropriée avec l’ARNm était d’attacher des groupes d’acides aminés spécifiques chargés positivement au long squelette polymère. La charge positive attire généralement le polymère vers un ARN chargé négativement, et les acides aminés choisis étaient également capables d'interagir avec des parties de l'ARNm dans un processus appelé empilement pi – pi (π – π). Cela implique des interactions entre les électrons dans une caractéristique appelée liaisons pi dans des anneaux moléculaires cycliques empilés côte à côte dans les molécules en interaction.
"Il s'agit d'une approche hautement personnalisable, permettant d'affiner les interactions de notre polymère avec l'ARNm", explique Cabral. En conséquence, l’ARNm a été stabilisé de manière très efficace, surmontant ainsi un inconvénient majeur d’instabilité rencontré avec les approches alternatives.
Le polymère et l’ARNm se sont spontanément assemblés en faisceaux sphériques – micelles – qui ont efficacement délivré la cargaison d’ARNm dans les cellules en culture ainsi que dans les cellules de souris après injection intramusculaire. L'ARNm était facilement libéré à l'intérieur des cellules pour générer les protéines qu'il codait avec une grande efficacité et pendant une durée nettement plus longue que les approches alternatives.
"Ce travail était très difficile en raison de la nature délicate de l'ARNm, une molécule très fragile qui nécessite une protection à l'extérieur des cellules cibles mais une exposition immédiate à la machinerie cellulaire une fois à l'intérieur", explique Cabral. Il ajoute :"Notre succès est passionnant en raison de son potentiel à transformer les technologies de délivrance d'ARNm, en permettant une ingénierie précise, des stratégies de libération innovantes et en surmontant les obstacles critiques pour améliorer la stabilité et l'efficacité des thérapies basées sur l'ARNm."
Plus d'informations : Wenqian Yang et al, Les catiomères blocs flanquant des groupes tyrosinate hydrolysables améliorent la délivrance d'ARNm in vivo via un assemblage micellaire assisté par empilement π – π, Science et technologie des matériaux avancés (2023). DOI :10.1080/14686996.2023.2170164
Informations sur le journal : Science et technologie des matériaux avancés
Fourni par l'Institut national pour la science des matériaux
