Vecteurs pour la thérapie génique par voie pulmonaire : vaincre la barrière du mucus dans les maladies du poumon – LuTher

Les affections respiratoires, dont l’asthme et la broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO), sont des causes majeures de morbidité et mortalité à travers le monde pour lesquelles des thérapies à action locale prolongée sont activement recherchées. La thérapie génique est porteuse d'immenses espoirs pour traiter ces pathologies mais reste en attente de vecteurs d'acide nucléique suffisamment efficaces et sûrs. La faible efficacité du transfert de gène dans le poumon, en général, est attribuée à plusieurs causes (faible taux d'internalisation, trafic cellulaire inadapté, toxicité et immunogénicité du vecteur…). Un problème moins souvent évoqué est celui de l'adhésivité et de l'hyper-viscoélasticité du mucus qui empêche les particules de transfection d'atteindre librement l'épithélium respiratoire.

Le projet LuTher vise le développement de vecteurs synthétiques d'acide nucléique présentant des propriétés mucolytiques intrinsèques leur permettant de franchir la barrière que constitue la couche de mucus qui protège l'épithélium pulmonaire. Ces vecteurs sont biodégradables et conçus de façon à libérer des thiols in situ qui vont induire la rupture de ponts disulfure à l'intérieur de la structure polymérique du mucus et réduire ainsi la viscosité de ce dernier, permettant une meilleure progression des particules de transfection vers l'épithélium, spécialement dans le cas des maladies chroniques inflammatoires du poumon qui sont associées à une hypersécrétion de mucus. Plus ces particules pénètreront rapidement et profondément la couche de mucus, moins elles seront susceptibles d'être éliminées par clairance mucociliaire. In fine, le niveau de délivrance de l'acide nucléique thérapeutique aux cellules épithéliales pulmonaires en sera amélioré, ce qui est indispensable pour une bonne efficacité de transfection. Une modulation des différents déterminants structuraux des vecteurs permettra, par le biais d'évaluations physicochimiques et biologiques, de mener une analyse complète des relations structure-activité et de déterminer ainsi les paramètres clé qui conditionnent l'efficacité et la sécurité de ce nouveau type de vecteurs. En particulier, l'effet des vecteurs sur les propriétés rhéologiques du mucus pulmonaire sera étudié sur des fragments de trachée de souris et des sputum de patients asthmatiques ou atteints de BPCO. L'efficacité des composés à vectoriser un ADN ou un siRNA sera déterminée in vitro sur des lignées épithéliales humaines pulmonaires productrices ou non de mucus, dans des lignées pré-exposées à un extrait de fumée de cigarette et/ou à un lipopolysaccharide bactérien (modèles de BPCO), ainsi que dans des cellules épithéliales primaires humaines de sujets BPCO et de sujets sains non-fumeurs. Des études de transfection seront également menées chez la souris normale et dans des modèles d’asthme et de BPCO, après administration respiratoire. L'efficacité du transfert de gène sera étudiée avec un plasmide codant pour la Luciférase, une protéine dont l'activité peut être quantifiée par mesure de bioluminescence. Les expériences d'extinction de gènes seront menées soit avec des siARN ciblant la Luciférase dans une lignée exprimant de façon stable cette protéine (in vitro), soit avec des siRNA thérapeutiques ciblant p65 et MMP 12 (in vitro et in vivo).

Un grand nombre de vecteurs viraux et non-viraux ont été développés pour traiter les pathologies pulmonaires par thérapie génique. Cependant, la présence d'un mucus hyper viscoélastique qui protège les cellules épithéliales est rarement prise en compte alors qu'elle conditionne très largement l'efficacité des vecteurs. En conséquence, les propriétés de transport à travers le mucus devraient constituer un critère essentiel pour le développement de vecteurs destinés à la thérapie génique par voie pulmonaire. C'est tout l'objet du projet LuTher.