Thérapies cellulaire et génique
Thérapies géniques
De nombreuses maladies sont dues à un dysfonctionnement de nos gènes. L'idée de réparer ces gènes défectueux n'est pas nouvelle. La première thérapie génique a été réalisée dès 1990. Mais son succès n'a pas duré longtemps, et la thérapie génique a subi de nombreux revers dans les années qui ont suivi. Dans le cadre de la thérapie génique, des gènes fonctionnels sont introduits dans les cellules pour remplacer les gènes manquants ou défectueux et compenser ainsi les troubles génétiques. Les dernières méthodes de thérapie génique visent à réduire au silence les gènes mutés pathologiquement. Dans le traitement des maladies héréditaires, par exemple, la thérapie génique est destinée à rester active dans l'organisme toute la vie. Si la thérapie génique est utilisée pour les maladies infectieuses ou le cancer, les gènes ne doivent être activés que pendant un certain temps. Aujourd'hui, les méthodes de thérapie génique peuvent être utilisées pour combattre ou soulager des maladies telles que le cancer, les maladies du système nerveux, les maladies oculaires, les maladies du sang, les maladies cardiovasculaires ou les maladies du métabolisme.
Un taxi pour les gènes
La thérapie génique peut avoir lieu directement dans le corps (in vivo) ou en laboratoire (ex vivo). Les vecteurs viraux ou les taxis génétiques sont souvent utilisés à cette fin. Dans le transfert de gènes in vivo, les taxis génétiques remplacent les gènes manquants ou défectueux par une version correcte du gène directement dans l'organisme. Dans le transfert de gènes ex vivo, les propres cellules du patient sont génétiquement modifiées en dehors de l'organisme, puis réintroduites dans l'organisme. Ce type de thérapie génique est utilisé avec succès, par exemple, chez les patients atteints de cancer.
Thérapies cellulaires
Les thérapies cellulaires sont des traitements utilisant des cellules vivantes et intactes. Concrètement, les thérapies cellulaires visent à réparer ou à remplacer les tissus endommagés afin d'atténuer les symptômes des maladies ou, au mieux, de les guérir. Les dernières thérapies cellulaires reposent sur l'édition du génome : des cellules sont prélevées sur des patients, génétiquement modifiées, multipliées et réintégrées dans l'organisme. Cela semble simple, mais contrairement à un médicament classique, une thérapie cellulaire doit être spécifiquement conçue pour le patient et adaptée individuellement. Récemment, les cellules T personnalisées, ou cellules CAR-T, ont fait parler d'elles. Les thérapies cellulaires CAR-T ont le potentiel de guérir les patients atteints de cancer qui n'ont plus de traitement. Ils combinent la thérapie génique, la thérapie cellulaire et l'immunothérapie. La modification génétique des cellules immunitaires constitue la base de cette nouvelle technologie.
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Prothèses moléculaires
De nombreuses maladies ne sont souvent découvertes que lorsque les premiers symptômes se manifestent. La biologie synthétique a trouvé une solution, du moins conceptuelle, pour la détection précoce et le traitement de certaines maladies chroniques. Grâce aux prothèses moléculaires, les indicateurs spécifiques aux maladies peuvent être détectés à un stade précoce et les maladies peuvent être traitées de manière thérapeutique.
Les cellules se comportent comme des ordinateurs vivants, mais avec des entrées et des sorties biologiques plutôt que numériques. Par exemple, une cellule peut mesurer et répondre à la lumière, à la chaleur, aux acides nucléiques ou aux composés chimiques. En réponse aux entrées décrites, la cellule croît, s'adapte morphologiquement ou produit des composés chimiques qui peuvent agir comme des antagonistes métaboliques.
Ce comportement naturel d'une cellule constitue l'idée de base des prothèses moléculaires. En effet, les cellules n'agissent pas toujours comme prévu. Les processus métaboliques qui ne fonctionnent pas correctement peuvent déclencher des maladies. Les prothèses moléculaires sont conçues pour compenser ce phénomène, à l'instar d'une véritable prothèse qui reprend la fonction d'une jambe ou d'une main, par exemple. Les prothèses moléculaires sont composées de composants génétiques identiques et fonctionnent de manière autonome. Ils sont également appelés réseaux génétiques. Les prothèses moléculaires peuvent être liées au métabolisme d'un hôte et ont le potentiel d'arrêter la progression d'une maladie à un stade précoce. Ils sont complexes et se composent généralement de trois éléments : Le capteur, un récepteur biologique, mesure la quantité d'un métabolite particulier dans le corps. Si une valeur seuil est dépassée, une cascade de signalisation est déclenchée. Cette cascade se termine par un effecteur, qui contrecarre ensuite l'effet et rétablit ainsi l'équilibre physiologique de l'hôte.
Une technologie applicable universellement
Les prothèses moléculaires sont produites artificiellement en laboratoire à partir de matériel biologique, puis intégrées dans des cellules de mammifères. Un grand nombre de ces cellules modifiées sont emballées dans une capsule faite de gélatine d'algues afin que les prothèses moléculaires ne soient pas dégradées par l'organisme. Ces capsules sont ensuite transplantées dans un organisme modèle (par exemple une souris) pour soigner des maladies métaboliques.
Les cellules bêta artificielles produites par le professeur Fussenegger et son équipe en décembre 2016 constituent un exemple de prothèse moléculaire. Les cellules bêta produisent de l'insuline et équilibrent ainsi la balance du sucre. Chez les diabétiques, ce processus métabolique est perturbé et ils ne peuvent pas absorber suffisamment de glucose dans le sang. Cela peut conduire à une dangereuse hyperacidité du sang. La prothèse de Fussenegger mesure le taux de glucose dans le sang et déclenche une cascade de signaux dès qu'une valeur seuil est dépassée. Le taux de glucose dans le sang est alors abaissé. Les cellules bêta artificielles fonctionnent donc de manière similaire aux cellules bêta de notre pancréas. La prothèse moléculaire décrite a jusqu'à présent été testée avec succès sur des souris et pourrait à l'avenir faciliter considérablement la vie des patients atteints de diabète de type 1 chez qui les cellules bêta ne sont pas fonctionnelles.
La biologie synthétique a également fait des progrès dans la détection précoce des cancers de la prostate, du poumon, du côlon et du sein. La preuve en est dans une étude de faisabilité de 2018, dans laquelle les biotechnologues ont mis au point une prothèse moléculaire spécifique au cancer qui mesure les niveaux de calcium dans le sang. Un taux de calcium élevé est considéré comme un indicateur de certains types de cancer. Dans leur étude, les chercheurs ont inséré dans les cellules un capteur qui mesure les niveaux de calcium. Si ce taux est massivement élevé, une cascade de signaux se déclenche et le pigment mélanine est libéré. Un grain de beauté se développe sur le site de l'implant. Dans ce cas, il convient de consulter un médecin pour plus de précisions. Ces "tatouages biomédicaux" peuvent également être transférés à des maladies neurodégénératives ou à des troubles hormonaux en échangeant le capteur, la cascade de signaux et l'effecteur. Des prothèses moléculaires ont également été testées, par exemple pour la goutte, le psoriasis et l'obésité.
Des thérapies cellulaires à fort potentiel
Des études montrent que les prothèses moléculaires fonctionnent généralement pendant un an dans l'organisme, puis doivent être remplacées. Toutefois, les chercheurs ne s'attendent pas à ce qu'ils soient utilisés chez l'homme avant 2025. Pour financer les essais cliniques coûteux et nécessaires, il faut d'abord trouver des partenaires qui supporteront les risques financiers de ces études.
Les thérapies cellulaires ont un grand potentiel pour remplacer les stratégies conventionnelles dans le traitement des maladies à dynamique complexe et récurrente, telles que les maladies chroniques. Notamment grâce aux récentes percées dans la recherche génétique (lien vers CRISPR) et aux succès obtenus ces dernières années en matière de prothèses moléculaires.