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

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 excessivement difficile cette étape de délivrance et nécessite la mise en place de nouvelles stratégies et le développement de nouveaux outils.

Objectifs :
Le projet vise à proposer un nouveau type de vecteurs pour la thérapie génique dans le poumon. Ils sont construits à partir de particules carbonées de taille nanométrique, les "carbon dots" (CDs). Les CDs peuvent être préparés par synthèse, mais ils sont naturellement présents dans notre alimentation, notamment  dans les aliments cuits à haute température. Les CDs 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 leur diffusion et a un effet contraire à celui recherché. Les vecteurs proposés doivent permettre une augmentation de l'expression du gène thérapeutique chez le patient, par rapport aux vecteurs conventionnels testés à ce jour.

Perspectives :
Nous sommes actuellement à mi-parcours du projet (date de début: 01/10/2021). Les travaux prévus pour la suite sont les suivants:
- Achèvement des travaux de post-fonctionnalisation des CDs.
- Étude comparative des différentes nanoparticules produites, dans un modèle de transfection in vitro impliquant des cellules sécrétrices de mucus (Calu-3, culture ALI 14 jours) et un gène rapporteur (Luciferase); évaluation complète de leurs propriétés et performances en tant que vecteurs de transfert de gène.
- Caractérisation des interactions entre mucus et complexes CD/ADN par rhéologie (détermination de l'évolution des paramètres de visco-élasticité du biopolymère mis en contact avec les CDs) et "Multiple Particle Tracking" (mesure des coefficients de diffusion des CDs dans le mucus, mesure de la taille des zones de confinement). Ces études ont pour but de comprendre l'influence des nanoparticules de transfection sur les propriétés viscoélastiques du mucus et celle du mucus sur les propriétés des nanoparticules de transfection. Ceci permettra de mener des études de relations structure-activité entre les différentes nanoparticules produites et, le cas échéant, d'envisager une modification de leur structure pour une optimisation de leurs performances. 
Une évaluation in vivo des vecteurs sera réalisée en fin de projet, sur modèle murin.

Résultats obtenus :
Les financements 2021 et 2022 (destinés au salaire d'un doctorant) ont permis de développer des CDs avec les propriétés spécifiques recherchées du point de vue de leur charge et de leurs caractéristiques photo physiques. Les travaux de fonctionnalisation des particules avec des motifs apportant des propriétés de muco-pénétration sont en passe d'être achevés. L'évaluation in vitro des propriétés de transfection d'une première série de CDs vient de débuter.