Ils pourraient ressembler à des cellules et agir comme des cellules. Mais un nouveau traitement potentiel au COVID-19 est en fait un filou intelligemment déguisé, qui attire les virus et les lie, les rendant inactifs.
Alors que le virus SARS-CoV-2 en constante évolution commence à échapper à des traitements autrefois prometteurs, tels que les thérapies par anticorps monoclonaux, les chercheurs se sont davantage intéressés à ces nanoparticules «leurres». Imitant les cellules normales, les nanoparticules leurres absorbent les virus comme une éponge, les empêchant d’infecter le reste du corps.
Dans une nouvelle étude, des biologistes synthétiques de la Northwestern University ont entrepris d’élucider les règles de conception nécessaires pour rendre les nanoparticules leurres efficaces et résistantes à la fuite virale. Après avoir conçu et testé diverses itérations, les chercheurs ont identifié un large éventail de leurres – tous manufacturables à l’aide de différentes méthodes – qui étaient incroyablement efficaces contre le virus d’origine ainsi que contre les variantes mutantes.
En fait, les nanoparticules leurres étaient jusqu’à 50 fois plus efficaces pour inhiber les mutants viraux naturels, par rapport aux médicaments inhibiteurs traditionnels à base de protéines. Lorsqu’elles ont été testées contre un mutant viral conçu pour résister à de tels traitements, les nanoparticules leurres ont été jusqu’à 1 500 fois plus efficaces pour inhiber l’infection.
Bien que beaucoup plus de recherches et d’évaluations cliniques soient nécessaires, les chercheurs pensent que les infusions de nanoparticules leurres pourraient un jour être utilisées pour traiter les patients atteints d’infections virales graves ou prolongées.
L’étude a été publiée à la fin de la semaine dernière (7 avril) dans la revue Petit. Dans l’article, l’équipe a testé des nanoparticules leurres contre le virus parent SARS-CoV-2 et cinq variantes (dont bêta, delta, delta-plus et lambda) dans une culture cellulaire.
« Nous avons montré que les nanoparticules leurres sont des inhibiteurs efficaces de toutes ces différentes variantes virales », a déclaré Joshua Leonard de Northwestern, co-auteur principal de l’étude. « Même les variantes qui échappent à d’autres médicaments n’ont pas échappé à nos nanoparticules leurres. »
« Pendant que nous menions l’étude, différentes variantes continuaient d’apparaître dans le monde », a ajouté Neha Kamat de Northwestern, co-auteur principal de l’étude. « Nous avons continué à tester nos leurres contre les nouvelles variantes, et ils ont continué à fonctionner. C’est très efficace. »
Leonard est professeur agrégé de génie chimique et biologique à la McCormick School of Engineering de Northwestern. Kamat est professeur adjoint de génie biomédical à McCormick. Tous deux sont des membres clés du Center for Synthetic Biology de Northwestern.
« Le rock évolutif et l’enclume »
Comme le virus SARS-CoV-2 a muté pour créer de nouvelles variantes, certains traitements sont devenus moins efficaces pour lutter contre le virus en constante évolution. Pas plus tard que le mois dernier, la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis a suspendu plusieurs traitements par anticorps monoclonaux, par exemple, en raison de leur échec contre la sous-variante BA.2 omicron.
Mais même là où les traitements échouent, les nanoparticules leurres de la nouvelle étude n’ont jamais perdu leur efficacité. Leonard a déclaré que c’était parce que les leurres plaçaient le SRAS-CoV-2 « entre un rocher évolutif et un endroit dur ».
Le SRAS-CoV-2 infecte les cellules humaines en liant sa tristement célèbre protéine de pointe au récepteur de l’enzyme de conversion de l’angiotensine humaine 2 (ACE2). Protéine à la surface des cellules, ACE2 fournit un point d’entrée pour le virus.
Pour concevoir des nanoparticules leurres, l’équipe de Northwestern a utilisé des nanoparticules (vésicules extracellulaires) libérées naturellement par tous les types de cellules. Ils ont conçu des cellules produisant ces particules pour surexprimer le gène de l’ACE2, conduisant à de nombreux récepteurs ACE2 sur les surfaces des particules. Lorsque le virus est entré en contact avec le leurre, il s’est lié étroitement à ces récepteurs plutôt qu’à de vraies cellules, rendant le virus incapable d’infecter les cellules.
« Pour que le virus pénètre dans une cellule, il doit se lier au récepteur ACE2 », a déclaré Leonard. « Les nanoparticules leurres présentent un défi évolutif pour le SRAS-CoV-2. Le virus devrait trouver une manière entièrement différente de pénétrer dans les cellules afin d’éviter la nécessité d’utiliser les récepteurs ACE2. Il n’y a pas de voie d’évacuation évolutive évidente.
Avantages futurs
En plus d’être efficaces contre les virus résistants aux médicaments, les nanoparticules leurres présentent plusieurs autres avantages. Parce qu’il s’agit de matériaux biologiques (plutôt que synthétiques), les nanoparticules sont moins susceptibles de déclencher une réponse immunitaire, ce qui provoque une inflammation et peut interférer avec l’efficacité du médicament. Ils présentent également une faible toxicité, ce qui les rend particulièrement bien adaptés à une utilisation en administration prolongée ou répétée pour le traitement de patients gravement malades.
Lorsque la pandémie de COVID-19 a commencé, les chercheurs et les cliniciens ont connu un écart troublant entre la découverte du virus et le développement de nouveaux médicaments pour le traiter. Pour la prochaine pandémie, les nanoparticules leurres pourraient fournir un traitement rapide et efficace avant que des vaccins ne soient développés.
« La stratégie de leurre est l’une des choses les plus immédiates que vous puissiez essayer », a déclaré Leonard. « Dès que vous connaissez le récepteur utilisé par le virus, vous pouvez commencer à construire des particules leurres avec ces récepteurs. Nous pourrions potentiellement accélérer une approche comme celle-ci pour réduire les maladies graves et les décès aux premiers stades cruciaux des futures pandémies virales.
Taylor F. Gunnels et al, Elucidating Design Principles for Engineering Cell‐Derived Vesicles to Inhibit SARS‐CoV‐2 Infection, Petit (2022). DOI : 10.1002/smll.202200125