L'ARNm, ou ARN messager, est un type de molécule qui transporte l'information génétique de l'ADN vers le mécanisme de production de protéines de la cellule. En introduisant l'ARNm dans les cellules, nous pouvons leur ordonner de produire n'importe quelle protéine que nous voulons, comme des anticorps, des enzymes, des hormones ou des vaccins. Cela ouvre un nouveau monde de possibilités pour le traitement de diverses maladies, des maladies infectieuses au cancer.
Dans cet article, nous vous présenterons les bases de la thérapie par ARNm, notamment son fonctionnement, sa fabrication, son administration et son application. Nous partagerons également certaines des dernières avancées et des derniers défis dans ce domaine passionnant de la biotechnologie.
Comment fonctionne la thérapie par ARNm ?
La thérapie par ARNm consiste à introduire des molécules d'ARNm synthétiques dans les cellules, où elles sont traduites en protéines fonctionnelles. Selon le type et le but de la protéine, la thérapie par ARNm peut avoir des effets différents. Par exemple :
Les vaccins à ARNm peuvent déclencher une réponse immunitaire contre un pathogène spécifique, comme le nouveau coronavirus responsable de la COVID-19. En délivrant de l'ARNm qui code une protéine virale, comme la protéine Spike, nous pouvons stimuler la production d'anticorps et de lymphocytes T capables de reconnaître et d'éliminer le virus.
Les anticorps à ARNm peuvent fournir une immunité passive contre une maladie, comme la rage ou le VIH. En délivrant de l'ARNm qui code un anticorps monoclonal, nous pouvons conférer une protection immédiate contre un antigène spécifique, sans dépendre du système immunitaire de l'organisme.
Le remplacement de la protéine par l'ARNm peut restaurer la fonction d'une protéine manquante ou défectueuse, comme le facteur VIII dans l'hémophilie ou la dystrophine dans la dystrophie musculaire. En fournissant de l'ARNm qui code une version normale de la protéine, nous pouvons corriger la cause sous-jacente de la maladie et améliorer les symptômes.
L'édition génétique par ARNm peut modifier le génome d'une cellule, par exemple en corrigeant une mutation ou en insérant un nouveau gène. En délivrant de l'ARNm qui code une nucléase programmable, comme CRISPR/Cas9, nous pouvons cibler et éditer des séquences d'ADN spécifiques avec une grande précision et une grande efficacité.
Comment l’ARNm est-il fabriqué ?
L'ARNm est fabriqué par un processus appelé transcription in vitro (IVT), qui utilise un modèle d'ADN et une enzyme ARN polymérase pour synthétiser des molécules d'ARN. Le modèle d'ADN contient une séquence promotrice et la séquence codante de la protéine souhaitée. L'ARN polymérase se lie au promoteur et transcrit l'ADN en ARN.
Pour garantir que l'ARNm synthétique soit fonctionnel et stable dans les cellules, plusieurs modifications sont apportées pendant ou après l'IVT. Celles-ci comprennent :
Coiffage : ajout d'un nucléotide modifié à l'extrémité 5' de l'ARNm pour le protéger de la dégradation et améliorer son efficacité de traduction. Il existe différents types de coiffes, telles que la coiffe 0, la coiffe 1 et la coiffe 2, qui diffèrent par leur niveau de méthylation.
Polyadénylation : ajout d'une chaîne de nucléotides adénine à l'extrémité 3' de l'ARNm pour augmenter sa stabilité et sa demi-vie. La longueur de la queue poly(A) peut varier de 10 à 250 nucléotides.
Optimisation : ajustement des composants structurels de l'ARNm, tels que la région non traduite 5' (UTR), la région non traduite 3' et le cadre de lecture ouvert (ORF), pour améliorer son niveau d'expression et son activité. Cela peut impliquer l'optimisation de l'utilisation des codons, l'introduction de peptides fonctionnels ou de séquences de signal, ou l'ajout d'éléments auto-amplificateurs.
Modification : altération de la structure chimique de certains nucléotides de l'ARNm pour réduire son immunogénicité et augmenter sa stabilité. Cela peut impliquer le remplacement de l'uridine par de la pseudouridine ou de la N1-méthylpseudouridine, ou l'ajout de groupes méthyles à d'autres positions.
Comment l’ARNm est-il délivré ?
L'administration d'ARNm est l'un des plus grands défis de la thérapie par ARNm, car les molécules d'ARNm sont grandes, chargées négativement et sujettes à la dégradation par les enzymes des fluides biologiques. Par conséquent, divers types de transporteurs sont développés pour protéger et transporter l'ARNm dans les cellules. Il s'agit notamment de :
Nanoparticules lipidiques (LNP) : particules sphériques composées de lipides qui forment une bicouche autour des molécules d'ARNm. Les LNP peuvent fusionner avec les membranes cellulaires et libérer l'ARNm dans le cytoplasme. Les LNP sont largement utilisées pour l'administration d'ARNm en raison de leur grande efficacité et de leur biocompatibilité. Les LNP sont par exemple des nanoparticules lipidiques solides cationiques (SLN), des nanoparticules lipidiques ionisables (ILN) et des nanoparticules lipidiques immunostimulantes (ISLN).
Nanoparticules polymères (PNP) : particules sphériques composées de polymères qui forment une structure cœur-coquille autour des molécules d'ARNm. Les PNP peuvent pénétrer dans les cellules par endocytose et s'échapper des lysosomes par effet d'éponge à protons ou dégradation enzymatique. Les PNP sont polyvalentes et personnalisables pour différentes applications. Quelques exemples de PNP sont la polyéthylèneimine (PEI), le poly(acide lactique-co-glycolique) (PLGA) et le chitosane.
Nanoémulsions cationiques (CNE) : gouttelettes d'émulsions huile dans eau contenant des lipides cationiques et des tensioactifs. Les CNE peuvent interagir avec les membranes cellulaires et délivrer de l'ARNm dans le cytoplasme. Les CNE sont faciles à préparer et à mettre à l'échelle et peuvent améliorer l'immunogénicité des vaccins à ARNm. Quelques exemples de CNE sont DOTAP/DOPE, DOTAP/cholestérol et DOTAP/MCT.
Autres systèmes de distribution d'ARNm : certains autres types de transporteurs qui ont été explorés pour la distribution d'ARNm sont l'ARNm condensé à la protamine, les exosomes, les vésicules extracellulaires (EV), la silice mésoporeuse et le phosphate de calcium (CaP).
Quelles sont les applications de la thérapie par ARNm ?
La thérapie par ARNm a le potentiel de traiter un large éventail de maladies, des maladies infectieuses aux troubles métaboliques, du cancer aux maladies cardiovasculaires et des maladies génétiques à la médecine régénératrice. Voici quelques-unes des applications actuelles et émergentes de la thérapie par ARNm :
Vaccins à ARNm : les vaccins à ARNm peuvent induire une réponse immunitaire robuste et spécifique contre divers agents pathogènes, tels que le SRAS-CoV-2, le virus de la grippe, le VIH, le virus respiratoire syncytial (VRS), le virus de l'herpès simplex (HSV), le virus varicelle-zona (VZV), le cytomégalovirus humain (HCMV), le virus de la rage et le virus de la dengue. Les vaccins à ARNm présentent plusieurs avantages par rapport aux vaccins traditionnels, tels qu'un développement rapide, un faible coût, une sécurité élevée et une évolutivité facile.
Anticorps ARNm : les anticorps ARNm peuvent fournir une immunité passive contre diverses maladies, telles que la rage, le VIH, Ebola, Zika, l'anthrax et le COVID-19. Les anticorps ARNm présentent plusieurs avantages par rapport aux anticorps conventionnels, tels qu'une expression à long terme, une faible immunogénicité, une grande stabilité et une administration facile.
Remplacement de protéines d'ARNm : le remplacement de protéines d'ARNm peut restaurer la fonction d'une protéine manquante ou défectueuse dans diverses maladies, telles que l'hémophilie, la dystrophie musculaire, la fibrose kystique, la phénylcétonurie, la maladie de Fabry, la maladie de Gaucher et la maladie de Parkinson. Le remplacement de protéines d'ARNm présente plusieurs avantages par rapport à la thérapie protéique, tels qu'éviter l'immunogénicité, améliorer la biodisponibilité et réduire la dose et la fréquence.
Édition génétique de l'ARNm : l'édition génétique de l'ARNm peut modifier le génome d'une cellule dans diverses maladies, telles que l'anémie falciforme, la bêta-thalassémie, la maladie de Huntington, la dystrophie musculaire de Duchenne et la fibrose kystique. L'édition génétique de l'ARNm présente plusieurs avantages par rapport à la thérapie génique basée sur l'ADN, tels qu'éviter l'intégration dans le génome de l'hôte, réduire les effets hors cible et augmenter la spécificité et l'efficacité.
Thérapie cellulaire par ARNm : la thérapie cellulaire par ARNm peut manipuler la fonction d'une cellule dans diverses maladies, telles que le cancer, les maladies auto-immunes, le diabète et les maladies cardiovasculaires. La thérapie cellulaire par ARNm présente plusieurs avantages par rapport à la thérapie cellulaire conventionnelle, tels qu'éviter les vecteurs viraux, améliorer la sécurité et la polyvalence et faciliter la fabrication et le contrôle qualité.
Quels sont les défis et les opportunités de la thérapie par ARNm ?
La thérapie par ARNm est un domaine prometteur et émergent de la biotechnologie qui a montré un grand potentiel dans le traitement de diverses maladies. Cependant, il reste encore quelques défis et limites à surmonter avant qu'elle puisse être largement appliquée dans la pratique clinique. Il s'agit notamment de :
- Améliorer la stabilité et l'efficacité de distribution des molécules d'ARNm in vivo
-Réduction de l'immunogénicité et de la toxicité des molécules d'ARNm et des transporteurs
-Optimisation du niveau d'expression et de la durée des protéines codées par l'ARNm
- Développer des protocoles standardisés et des mesures de contrôle de la qualité pour la production d'ARNm
-Évaluation de la sécurité et de l'efficacité à long terme de la thérapie par ARNm chez l'homme
-Malgré ces défis, il existe également de nombreuses opportunités et avantages qui font de la thérapie par ARNm une option intéressante pour la médecine du futur. Il s'agit notamment de :
- Exploiter la flexibilité et la diversité de la conception et de la synthèse de l'ARNm
-Tirer parti de l'immunogénicité et de l'adjuvanticité inhérentes aux molécules d'ARNm
-Exploiter l'expression transitoire et la réversibilité des protéines codées par l'ARNm
-Exploration des effets synergétiques de la combinaison de la thérapie par ARNm avec d’autres modalités
-Accélérer le processus de développement et d’approbation des produits à base d’ARNm
Prisys Biotechnology, une société spécialisée dans la recherche et les services sur les primates non humains (PNH) pour le développement préclinique de médicaments. Thérapie par ARNm, un type de molécule qui peut ordonner aux cellules de produire n'importe quelle protéine que nous voulons, comme des anticorps, des enzymes, des hormones ou des vaccins. Macaques cynomolgus, une espèce de PNH qui partage de nombreuses similitudes avec les humains en termes d'anatomie, de physiologie, d'immunologie et de génétique. Prisys Biotechnology dans la recherche et le développement de médicaments à base d'ARNm et les modèles PNH comme suit :
Prisys Biotechnology dispose d'une plate-forme intégrée de ressources NHP, de modèles de maladies et d'hôpitaux cliniques pour fournir des solutions pour divers domaines de maladies, tels que l'immunologie, l'inflammation, les maladies cardiovasculaires, l'hématologie, le foie, les reins, les poumons et l'oncologie.
Prisys Biotechnology propose des options de développement coopératif pour des collaborations en R&D et des technologies innovantes telles que le système de quantification comportementale 3D basé sur l'apprentissage profond dans les NHP.
Prisys Biotechnology utilise les macaques cynomolgus comme modèle animal pour la thérapie par ARNm, qui sont plus fiables et pertinents que d'autres modèles animaux, tels que les souris ou les rats.
Prisys Biotechnology peut tester le potentiel et la faisabilité de la thérapie par ARNm pour diverses maladies en mesurant la résistance électrique, les propriétés magnétiques, la pharmacocinétique, la toxicité, l'immunogénicité et l'efficacité des molécules d'ARNm et des transporteurs dans les PNH.
