Des instruments plus petits qu'un cheveu humain sont conçus pour éradiquer les bactéries résistantes aux antibiotiques et lutter contre le cancer.
Le Dr Ana Santos devient émue lorsqu'elle décrit ce qui s'est passé il y a plusieurs années :son grand-père et un oncle sont morts d'infections des voies urinaires et un bon ami a succombé après avoir été infecté par une coupure accidentelle.
Elle était choquée. À l'ère des antibiotiques, de tels malheurs n'étaient pas censés se produire.
"Les membres de ma famille mouraient d'infections", a déclaré Santos, microbiologiste à l'Institut de recherche en santé des îles Baléares, ou IdISBa, en Espagne. "J'ai commencé à réaliser que nous remontions le temps :nos antibiotiques ne sont plus efficaces."
Il s’agit d’un défi mondial. Près de 5 millions de décès dans le monde étaient liés à des microbes résistants aux antibiotiques en 2019, selon The Lancet journal médical.
Six types de bactéries résistantes sont les plus nuisibles. L'Organisation mondiale de la santé a averti que les maladies résistantes aux médicaments pourraient directement causer 10 millions de décès d'ici 2050.
Santos a participé à la lutte contre des chiffres aussi alarmants :elle a dirigé un projet de recherche qui a reçu un financement de l'UE pour développer des machines microscopiques capables de tuer les bactéries résistantes. Appelé REBELLION, le projet a duré 39 mois jusqu'en avril 2023.
"Je suis tombé sur ce concept de machines moléculaires qui forent les cellules", a déclaré Santos. "Nous devons commencer à sortir des sentiers battus."
Alexander Fleming, un médecin écossais, a découvert en 1928 le premier véritable antibiotique, la pénicilline, produit par un type de moisissure. D'autres antibiotiques, souvent fabriqués par les microbes du sol, ont ensuite été découverts, sauvant des millions de vies.
Mais dans ce qui était en réalité une course aux armements, les micro-organismes ont développé diverses défenses pour survivre aux antibiotiques.
Lorsque ses deux proches et un ami ont perdu la vie à cause d’infections, Santos étudiait comment les bactéries vivent et meurent dans des conditions de famine. Elle a alors décidé de réorienter ses recherches.
"Je me sentais frustré parce que je voyais ce problème urgent et je ne faisais rien pour y remédier", a déclaré Santos. "De plus en plus de gens meurent d'infections résistantes aux antibiotiques."
Elle a demandé à des chercheurs dans ce domaine de lui donner un coup de main et s'est associée à un groupe espagnol pour tester comment de minuscules machines moléculaires embrouillent les bactéries. Les machines sont constituées de deux parties d'une molécule liées par une liaison chimique; lorsque la lumière frappe, la partie supérieure commence à tourner rapidement comme une perceuse.
Les antibiotiques s’accrochent souvent à une protéine bactérienne spécifique, un peu comme une clé s’insère dans une serrure. Le problème est que les bactéries peuvent subir une modification physique de sorte que la clé ne rentre plus dans la serrure. Les antibiotiques sont laissés dehors.
L'idée derrière les nanomachines est qu'elles seraient plus difficiles à échapper aux bactéries.
Santos a fait avancer ces machines anti-bugs dans le cadre de REBELLION.
Leurs deux parties sont inférieures à 100 nanomètres, soit un millième de la largeur d'un cheveu humain, ce qui en fait des ménés aux côtés de bactéries plus grosses.
Santos a libéré plusieurs millions de ses nanomachines sous forme d'amas de bactéries dans son laboratoire. Les machines se sont liées aux bactéries et, une fois exposées à la lumière, ont commencé à tourner et à les percer.
Santos jubilait devant ce qu'elle observait au microscope :des cellules bactériennes criblées de minuscules trous.
D'autres expériences ont montré que les minuscules forets peuvent tuer toute une série de souches qui infectent couramment les humains.
Puis elle a essayé autre chose :moins de machines contre le Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline, ou SARM, une superbactérie notoire particulièrement mortelle dans les hôpitaux. Avoir une plus faible concentration de machines réduirait le risque de dommages aux cellules humaines.
Les instruments ont percé le SARM avec suffisamment de trous pour qu'il soit à nouveau vulnérable aux antibiotiques.
"Il est très difficile pour les bactéries de développer une résistance à cette action", a déclaré Santos. "C'est comme leur lancer des bombes."
Pour déployer cette nouvelle arme contre les bactéries résistantes, les chercheurs devront s’assurer que les nanomachines peuvent être utilisées en toute sécurité sur les patients. Cela signifie être sûr que les bactéries plutôt que les cellules humaines sont ciblées.
L’une des premières raisons d’être optimiste est que les nanomachines sont chargées positivement. De ce fait, ils préfèrent s’attacher aux bactéries chargées négativement plutôt qu’aux cellules humaines, plus neutres.
Dans les expériences de Santos, les nanomachines n’ont causé aucun dommage aux vers lorsqu’elles leur ont été injectées. Soucieuse de rapprocher cette stratégie des patients, elle se prépare à la prochaine étape :les tests de sécurité chez la souris.
En cas de succès, les premiers patients traités pourraient être ceux présentant des plaies infectées, en particulier les personnes gravement brûlées, sujettes aux infections.
Les nanomachines pourraient être placées sur leur peau et allumées par la lumière pour pénétrer les bactéries qui infectent la plaie.
Les nanomachines ont une histoire sous les projecteurs.
Le professeur Ben Feringa de l'Université de Groningen aux Pays-Bas a remporté le prix Nobel de chimie en 2016 pour ses nanomachines dotées de moteurs moléculaires pouvant être activés par la lumière ultraviolette.
Les molécules changent de forme lorsqu’elles sont frappées par la lumière et peuvent donc être utilisées comme interrupteurs ou déclencheurs. Feringa a même construit une nanovoiture composée d'une seule molécule capable de se déplacer le long d'une surface de cuivre.
Il participe à la supervision d'un projet de recherche financé par l'UE qui forme des scientifiques en début de carrière aux machines moléculaires. Nommé BIOMOLMACS, le projet s'étend sur quatre ans et demi jusqu'en juin 2024.
Bien qu’elles n’aient pas encore atteint les hôpitaux, les nanomachines ont le potentiel de traiter les patients atteints de cancer d’une manière qui enthousiasme les scientifiques et les médecins. Les médicaments anticancéreux actuels provoquent souvent des effets secondaires tels que la perte de cheveux, des nausées, de la fatigue ou une faiblesse du système immunitaire. En effet, les médicaments peuvent mutiler les cellules saines.
Un scénario futur pourrait impliquer des nanomachines délivrant des médicaments destructeurs de cellules précisément sur le cancer d'un patient, peut-être en s'enfouissant dans n'importe quelle tumeur.
Le professeur Maria Vicent de la Fondation de recherche biomédicale de Valence en Espagne est un superviseur de BIOMOLMACS qui conçoit de minuscules supports pour administrer des médicaments aux cellules cancéreuses du sein.
Un autre superviseur est le professeur Jan van Hest de l'Université de technologie d'Eindhoven aux Pays-Bas. Il construit des matériaux qui peuvent être utilisés pour transporter des vaccins ou des nanomédicaments à l'intérieur des cellules, y compris contre le cancer.
Van Hest, Vicent et Feringa comptent d'autres chercheurs de premier plan venus d'ailleurs en Europe qui apportent leur propre expertise.
Le professeur Remzi Becer de l'Université de Warwick au Royaume-Uni crée des nanoparticules polymères pour administrer de futures thérapies géniques à des endroits précis chez les patients. Les particules sont souvent des sucres enrobés car elles sont capables d'agir comme une clé pour ouvrir les cellules du corps.
"Ces sucres synthétiques peuvent interagir avec les membranes cellulaires et donner à la particule une clé pour ouvrir la porte et introduire un gène à l'intérieur de la cellule", a déclaré Becer, qui encadre deux scientifiques en début de carrière et coordonne l'ensemble du projet avec 15 doctorants. /P>
Toujours au Royaume-Uni, le professeur Robin Shattock de l'Imperial College de Londres travaille sur les nanoparticules lipidiques, qui sont de minuscules sphères constituées de graisses qui peuvent pénétrer en toute sécurité dans les cellules. Les nanoparticules lipidiques représentaient la véritable avancée nécessaire pour les vaccins contre la COVID-19.
Les étudiants de ces chercheurs européens de premier plan peuvent faire partie d'une nouvelle vague médicale.
"Le prochain grand changement pour l'industrie pharmaceutique sera de former nos gènes pour prévenir le cancer ou lutter contre le cancer", a déclaré Becer.
Il a déclaré que BIOMOLMACS peut préparer les scientifiques à des carrières dans certaines entreprises développant des nanomachines pour administrer de telles thérapies biologiques à des organes spécifiques.
Pendant ce temps, Santos de REBELLION espère que son travail pourra également faire une différence pour les patients atteints de cancer, dont les traitements peuvent les rendre vulnérables aux infections bactériennes.
"Ma bonne amie a vaincu le cancer, mais elle est ensuite décédée d'une infection", a-t-elle déclaré. "Je me souviens quand le médecin a dit :"La bactérie résiste à tout, nous ne pouvons rien faire."'
Son objectif est d'empêcher les médecins d'avoir à prononcer de telles paroles.
Plus d'informations :
Informations sur le journal : The Lancet
Fourni par Horizon :le magazine européen de recherche et d'innovation
