Groupes de traitement expérimental impliquant des hépatocytes exposés à diverses doses d’AAV, d’AAV* (AAV prétraité avec EP) ou de plasmides, avec ou sans exposition à une impulsion de champ électrique (EP).
Dans le but d’améliorer l’administration de traitements médicaux coûteux, une équipe de chercheurs en génie électrique de l’Université du Wisconsin-Madison a développé une méthode de stimulation qui pourrait rendre le corps humain plus réceptif à certaines thérapies géniques.
Les chercheurs ont exposé les cellules hépatiques à de courtes impulsions électriques, et ces légers chocs ont amené les cellules hépatiques à absorber plus de 40 fois plus de matériel de thérapie génique par rapport aux cellules qui n’étaient pas exposées aux champs électriques pulsés. Cette approche pourrait contribuer à réduire la dose de ces traitements, les rendant ainsi beaucoup plus sûrs et plus abordables. L’étude paraît dans la revue PLOS UN.
La thérapie génique est une technologie médicale prometteuse : en modifiant, en changeant ou en introduisant du nouveau matériel génétique dans les cellules d’un patient, les médecins peuvent guérir ou compenser des maladies génétiques, notamment la mucoviscidose, la drépanocytose, l’hémophilie et le diabète.
Cependant, l’un des obstacles de la thérapie génique consiste à introduire la bonne dose de matériel génétique dans les cellules cibles. Les recherches de l’UW-Madison suggèrent que l’application d’un champ électrique d’intensité modérée ne laissant aucun dommage durable aux cellules qui le reçoivent pourrait conduire à des traitements plus efficaces.
Le projet a débuté il y a près de dix ans avec Hans Sollinger, chirurgien transplanteur de l’UW-Madison. Il a développé un traitement de thérapie génique contre le diabète de type 1, une maladie auto-immune qui affecte le pancréas, l’organe qui produit l’insuline.
La stratégie thérapeutique de Sollinger a transféré le code génétique nécessaire à la production d’insuline dans les cellules hépatiques à l’aide d’un virus apparenté à l’adrénovirus qui aide à transporter les gènes thérapeutiques à travers la membrane cellulaire. Cet ADN peut alors s’installer dans les cellules hépatiques, produisant de l’insuline sans le système immunitaire du pancréas.
Même si Sollinger avait la preuve que la thérapie fonctionnait, il pensait que l’avenir du traitement dépendrait de l’accouchement. Il s’est tourné vers Susan Hagness et John Booske, tous deux professeurs de génie électrique et informatique à l’UW-Madison, qui possèdent une expertise dans le traitement des cellules humaines avec des impulsions électriques.
« Nous avons commencé à parler d’une administration locale et ciblée et de la question de savoir s’il existait un moyen d’acheminer l’ADN thérapeutique directement vers le foie sans avoir à le transmettre à travers l’organisme et sans activer le système immunitaire », explique Hagness. « Et pourrions-nous utiliser des impulsions électriques pour rendre ce processus d’administration plus efficace et réduire considérablement la dose requise. »
Les scientifiques ont déjà découvert que l’exposition des cellules à des champs électriques peut souvent augmenter la capacité des molécules à traverser la membrane cellulaire et à pénétrer dans la cellule. Ainsi, dans cette étude récente, Ph. L’étudiant Yizhou Yao a cherché à déterminer si cette méthode augmenterait la pénétration des particules virales dans les cellules hépatiques.
En utilisant des cellules d’hépatome humain, un système modèle de test hépatique, Yao a exposé des lots de cellules à diverses concentrations de particules virales de thérapie génique contenant une protéine verte fluorescente. Elle a utilisé une paire d’électrodes pour délivrer une impulsion électrique de 80 millisecondes à certains échantillons, puis a incubé toutes les cellules pendant 12 heures.
Lorsqu’elle a examiné les résultats au microscope à fluorescence 48 heures plus tard, Yao a constaté que seul un faible pourcentage des cellules qui n’avaient pas reçu les impulsions électriques brillaient en vert. En revanche, les cellules qui ont reçu du zap ont accumulé environ 40 fois plus de protéines vertes fluorescentes que ce que le virus avait délivré.
Même si les résultats ont fourni des preuves irréfutables que les impulsions ont contribué à faciliter la pénétration du virus dans les parois cellulaires, Booske affirme que l’équipe n’a pas encore compris exactement comment ce processus fonctionne au niveau moléculaire.
« Nous en savons suffisamment sur l’impulsion électrique pour pouvoir affirmer avec certitude qu’elle ouvre des nanopores à travers la membrane cellulaire », dit-il. « Mais Yao a obtenu cet excellent résultat, et cela nous a montré que les particules virales sont généralement plus grosses et plus complexes que les particules moléculaires nues, et qu’elles ont déjà leur propre moyen de pénétrer dans les cellules. » Donc, nous ne savons pas vraiment si c’est le cas. des pores ouverts qui ont quelque chose à voir avec lui directement ou indirectement.
Sollinger est décédé en 2023. en mai, mais l’équipe affirme que son héritage perdurera à mesure que la recherche sur ce projet et le travail d’autres groupes se poursuivent. Les chercheurs en génie électrique franchissent les prochaines étapes et sont optimistes que la technique finira par faire l’objet d’essais cliniques.
Yao, qui obtiendra son diplôme en 2024, dit qu’elle savait que la recherche serait interdisciplinaire, mais elle ne réalisait pas jusqu’où elle irait.
« Je suis ingénieur électricien de formation et je n’ai pas de formation en biologie », dit-elle. « La dernière fois que j’ai utilisé un microscope, c’était au lycée. La courbe d’apprentissage a été assez abrupte pour apprendre à cultiver des cellules et à exécuter des protocoles biologiques. Mais j’ai vraiment aimé le projet et j’ai aimé son objectif principal, qui est de rendre le monde meilleur. »
