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Développement de vecteurs mucolytiques à base de "carbon dots" pour le transfert de gène dans le poumon

Dernière mise à jour 30.09.2021 à 11h37

Axe de recherche : Thérapie génique Délégation territoriale : Alsace Domaine de recherche : Recherche fondamentale

Porteur du projet : Luc Lebeau

Faculté de Pharmacie - CAMB-VSAT

Contexte : 
La prise en charge thérapeutique de la mucoviscidose est actuellement essentiellement basée sur des traitements symptomatiques lourds. Aussi, la thérapie génique a été très tôt porteuse d'un immense espoir pour les malades car elle permet, en principe, de corriger l'anomalie génétique qui est la cause de la pathologie. Cependant, après près de 30 années de recherche, l'objectif n'est pas encore atteint. Les obstacles auxquels les stratégies de transfection dans le poumon doivent faire face sont particulièrement difficiles à franchir et nécessitent une ingénierie très précise et sophistiquée des vecteurs permettant de délivrer le gène thérapeutique aux cellules malades. En particulier, l'hyper viscoélasticité du mucus chez les patients atteints de mucoviscidose rend particulièrement difficile cette étape de délivrance et nécessite la mise en place de nouvelles stratégies et le développement de nouveaux outils.

Objectifs :
Ce projet vise à proposer un nouveau type de vecteurs pour la thérapie génique dans le poumon. Ces vecteurs sont construits à partir de particules carbonées de taille nanométrique, les "carbon dots". Les carbon dots peuvent être préparés par synthèse, mais ils sont naturellement présents dans notre alimentation, notamment dans les aliments cuits à haute température. Les carbon dots visés dans ce projet sont conçus pour délivrer un ADN thérapeutique à des cellules malades et réduire la viscoélasticité du mucus pulmonaire, sans en augmenter la microviscosité. En effet, si la diminution de la viscoélasticité du mucus permet une meilleure diffusion des particules de transfection, une augmentation de la microviscosité locale gène la diffusion de ces particules et a un effet contraire à celui recherché. Les vecteurs proposés doivent in fine permettre une augmentation de l'expression du gène thérapeutique chez le patient, par rapport aux vecteurs conventionnels testés à ce jour.

Perspectives :
La validation des hypothèses de travail posées dans le cadre de ce projet permettra de faire la preuve de concept de vecteurs capables de délivrer efficacement un gène thérapeutique dans le poumon en diminuant la viscoélasticité du mucus. Elle ouvrira ainsi la voie au développement d'outils plus efficaces pour la thérapie génique dans le poumon. 
Par ailleurs, les travaux d'ingénierie moléculaire permettant d'exacerber l'activité antibactérienne intrinsèque des carbon dots, il est envisageable, à terme, d'élaborer des vecteurs à base de carbon dots capables, à la fois, de délivrer un gène thérapeutique, de contrôler la viscoélasticité du mucus, et de lutter contre l'infection bactérienne dans le poumon. Un tel système, offrant une synergie entre trois modes d'action, s'avérerait particulièrement bénéfique pour les patients atteints de mucoviscidose.

Résultats obtenus :
Le financement de 3500 € accordé à notre projet lors de l'AO 2020 nous a permis de débuter nos travaux en focalisant nos efforts sur 2 points particuliers:
 1-Nous avons mis au point un modèle in vitro dans lequel la production de mucus par les cellules NCI-H292 et Calu-3 peut être induite en modulant les conditions de ces cellules (culture en présence ou non d'inducteurs, culture à l'interface air-liquide – ALI). Nous disposons à ce jour d'un modèle en culture ALI avec une couche de mucus d'une épaisseur de 15 à 20 µm, ce qui est comparable à ce qui est trouvé au niveau des voies respiratoires centrales, chez l'Homme. 
2-Nous avons établi une première preuve de concept montrant le potentiel de vecteurs soufrés pour la délivrance d'acides nucléiques dans des cellules productrices mucus. Bien qu'il s'agisse là de lipides cationiques, le concept est transposable à des vecteurs à base de carbon dots (CDs).