Paris, 27 août 2015
Imiter les virus pour livrer des médicaments au coeur des cellules

Les virus ont une aptitude à détourner le fonctionnement des cellules pour les infecter. En s'inspirant de leur mode d'action, des chercheurs du CNRS et de l'Université de Strasbourg ont conçu un « virus chimique » capable de franchir la double couche de lipides qui délimite les cellules, puis de se désagréger dans le milieu intracellulaire afin d'y libérer des molécules actives. Pour cela, ils ont utilisé deux polymères de leur conception, qui ont notamment des capacités d'auto-assemblage ou de dissociation selon les conditions. Ces travaux, fruit d'une collaboration entre chimistes, biologistes et biophysiciens, sont publiés dans l'édition du 1er septembre de la revue Angewandte Chemie International Edition.
Les progrès biotechnologiques donnent accès à un trésor de molécules ayant un potentiel thérapeutique. Beaucoup de ces molécules sont actives uniquement à l'intérieur des cellules humaines et restent inutilisables car la membrane lipidique qui délimite les cellules est une barrière qu'elles ne peuvent pas franchir. L'enjeu est donc de trouver des solutions de transfert aptes à traverser cette barrière.

En imitant la capacité des virus à pénétrer dans les cellules, des chimistes du Laboratoire de conception et application de molécules bioactives (CNRS/Université de Strasbourg) cherchent à concevoir des particules à même de libérer des macromolécules actives uniquement au sein des cellules. Pour cela, ces particules doivent obéir à plusieurs contraintes souvent contradictoires. Elles doivent être stables dans le milieu extracellulaire, capables de se lier aux cellules afin d'être internalisées mais être plus fragiles à l'intérieur des cellules pour libérer leur contenu. Avec deux polymères de leur conception, les chercheurs ont réussi à construire un "virus chimique" remplissant les conditions nécessaires pour transférer directement des protéines actives dans la cellule.

Concrètement, le premier polymère (pGi-Ni2+) sert de support aux protéines, qui s'y fixent. Le second polymère (πPEI), récemment breveté, encapsule cet ensemble grâce à ses charges positives qui se lient aux charges négatives du pGi-Ni2+. Les particules obtenues (30-40 nanomètres de diamètre) sont capables de reconnaitre la membrane entourant les cellules et de s'y lier. Cette liaison active une réponse cellulaire : la nanoparticule est enveloppée par un fragment de membrane et entre dans un compartiment intracellulaire appelé endosome. Alors qu'ils étaient stables à l'extérieur de la cellule, les assemblages sont ébranlés par l'acidité qui règne dans ce nouvel environnement. Par ailleurs, cette baisse de pH permet au polymère πPEI de faire éclater l'endosome, ce qui libère son contenu en molécules actives.

Grâce à cet assemblage, les chercheurs ont pu concentrer suffisamment de protéines actives à l'intérieur des cellules pour obtenir un effet biologique notable. Ainsi, en transférant une protéine appelée caspase 3 dans des lignées de cellules cancéreuses, ils ont réussi à induire 80 % de mort cellulaire1.

Les résultats in vitro sont encourageants, d'autant que ce "virus chimique" ne devient toxique qu'à une dose dix fois supérieure à celle utilisée dans cette étude. Par ailleurs, des résultats préliminaires chez la souris ne font pas état de surmortalité. L'élimination par l'organisme des deux polymères reste cependant une question ouverte. La prochaine étape consistera à tester ce système de manière approfondie in vivo, chez l'animal. A court terme, ce système servira d'outil de recherche pour vectoriser2 dans les cellules des protéines recombinantes et/ou chimiquement modifiées. A long terme, ce travail pourrait ouvrir le champ d'application des protéines pharmaceutiques à des cibles intracellulaires et contribuer à la mise au point de médicaments novateurs.

Ces travaux ont été rendus possibles par la collaboration de biophysiciens et de biologistes. Les compétences en cryomicroscopie électronique de l'Institut de génétique et de biologie moléculaire et cellulaire (CNRS/Université de Strasbourg/Inserm) et l'expertise en microscopie à force atomique du Laboratoire de biophotonique et pharmacologie (CNRS/Université de Strasbourg) ont permis de caractériser les assemblages moléculaires de manière très précise. Le laboratoire Biotechnologie et signalisation cellulaire (CNRS/Université de Strasbourg) a quant à lui fourni les protéines recombinantes encapsulées dans le virus artificiel.

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Infections osseuses : quand les germes attaquent les os

Une petite plaie cutanée qu'on néglige, une infection dentaire qu'on laisse un peu traîner ou encore un germe intestinal qu'on contracte et qui s'avère plus méchant qu'il n'y paraît… Ces situations sont parfois le point de départ d'une infection osseuse et elle peut avoir de lourdes conséquences.

Par La rédaction d'Allodocteurs.fr
Rédigé le 04/04/2016
Infections osseuses : quand les germes attaquent les os
Infections osseuses : quand les germes attaquent les os
    
Sommaire
Comment se développe une infection osseuse ? 
Infections osseuses : identifier le germe responsable 
Infections de prothèses : quel traitement ? 
Comment se développe une infection osseuse ?

Marina Carrère d'Encausse et Benoît Thevenet expliquent comment les germes atteignent l'os.
Les germes atteignent l'os par plusieurs voies. Tout d'abord par voie sanguine. Les bactéries sont transportées jusqu'à l'os par les vaisseaux et s'y développent. C'est l'ostéomyélite. Les germes vont stagner et créer un abcès à la surface de l'os que l'on appelle le périoste. Sans traitement, l'os peut se nécroser car il n'est plus vascularisé. L'ostéomyélite concerne essentiellement les enfants d'une dizaine d'années, car elle n'affecte que des os en croissance.

L'infection osseuse peut aussi se faire par voie directe. Les bactéries infectent directement l'os suite à une chirurgie osseuse, une fracture ouverte ou une pose de prothèse. Les bactéries se développent alors autour de la prothèse. Elles attaquent et détruisent l'os en quelques semaines. C'est ce qu'on appelle l'ostéolyse. Si l'ostéolyse n'est pas prise en charge à temps, l'infection peut remonter jusqu'à la peau et créer une fistule (un canal par lequel le pus s'évacue), ce qui favorise la surinfection.

Infections osseuses : identifier le germe responsable

Le centre de référence des infections osseuses du Groupe Hospitalier Diaconesses - Croix Saint-Simon à Paris accueille de nombreux patients confrontés à ces pathologies.
Pour traiter une infection osseuse, il faut identifier le germe incriminé. C'est tout le travail des biologistes et des infectiologues. Cette identification permet ensuite de donner au patient l'antibiotique le mieux adapté à son cas.

Les bactéries aiment coloniser les matériaux étrangers. Pour diagnostiquer les infections osseuses, du liquide ostéo-articulaire est prélevé. Les prélèvements sont ensuite envoyés au laboratoire pour être scrutés par l'oeil expert du microbiologiste.

Mais l'oeil ne suffit pas. Le prélèvement est ensuite préparé pour une numération, c'est-à-dire un comptage des cellules immunitaires. Leur augmentation peut être le signe d'une infection. Le technicien effectue aussi un ensemencement. Les germes sont introduits dans un milieu de culture pour qu'ils se multiplient.

Sous microscope, les germes sont identifiés. Une fois l'ennemi cerné, il faut alors déterminer l'arsenal thérapeutique le plus efficace pour le combattre. Un antibiogramme est réalisé. La bactérie est mise en contact avec plusieurs antibiotiques différents.

Les antibiotiques efficaces sont généralement administrés au patient avant et après la chirurgie de changement de prothèse. Le taux de succès de cette prise en charge varie entre 85 et 95%. 

Le centre de référence des infections osseuses du Groupe Hospitalier Diaconesses - Croix Saint-Simon (Paris) traite près de 300 cas d'infections osseuses par an, dont la moitié est due à des prothèses orthopédiques.

Infections de prothèses : quel traitement ?

Attention images de chirurgie ! Changement de prothèse à cause d'une infection osseuse
Environ 1% des patients porteurs d'une prothèse orthopédique développent une infection osseuse. Dans ce cas, il est souvent nécessaire de retirer le matériel pour nettoyer la zone infectée et le remplacer par une nouvelle prothèse.

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Cellules souches : la médecine de demain ?

Véritables pépites d'or pour les scientifiques, les cellules souches pourraient un jour guérir des maladies aujourd'hui incurables. Leur intérêt : elles peuvent devenir indifféremment des cellules de la peau, du coeur, de la vessie,… presque sur simple demande !

Par La rédaction d'Allodocteurs.fr
Rédigé le 31/03/2009, mis à jour le 20/08/2015 à 12:00

    
Sommaire
Une cellule souche, qu'est-ce que c'est ? 
Cellules souches : sésame de la recherche 
Soigner à partir de cellules souches : la thérapie cellulaire 
Bébés-bulles : l'espoir des thérapies géniques 
Une cellule souche, qu'est-ce que c'est ?

Qu'est-ce qu'une cellule souche ?
Les cellules souches promettent des avancées médicales importantes, elles pourraient un jour guérir des maladies aujourd'hui incurables. Une cellule souche est une cellule capable de se renouveler et de donner naissance à plusieurs types cellulaires. Une capacité à l'origine de la thérapie cellulaire. Le but : utiliser des cellules souches pour réparer les tissus et les organes endommagés dans l'organisme.

Au sein de l'organisme adulte, il existe de nombreux types de cellules souches : peau, foie, muscle, sang… Ce sont des cellules souches adultes. Elles participent au renouvellement des tissus. Dans la moelle osseuse, en se multipliant, les cellules souches adultes donnent naissance à des cellules qui vont se différencier en cellules sanguines, en globules blancs et en plaquettes.

L'avantage des cellules souches adultes, c'est qu'on peut les prélever directement sur le malade, les cultiver et les réinjecter. Il n'y a pas de risque de rejet et ne posent pas de problème sur le plan éthique. En revanche, elles ont une capacité de différenciation limitée. Si on reprend l'exemple de la moelle osseuse, une cellule souche peut se différencier en globules rouges, globules blancs et en plaquettes mais elle ne pourra pas se différencier en cellule cardiaque ou neuronale.

Chez l'embryon, d'autres cellules souches existent. Elles sont dites totipotentes, elles ont une capacité de différenciation illimitée. Elles peuvent aussi bien devenir des cellules du cerveau, des poumons que des cellules du foie. Elles sont en plus, faciles à cultiver et capables de proliférer indéfiniment. Mais leur origine embryonnaire pose un problème éthique. En France, l'Agence de biomédecine peut autoriser, à titre dérogatoire, pour cinq ans, la réalisation de recherches à finalité thérapeutique sur l'embryon.

Une alternative existe, ce sont les cellules souches pluripotentes induites. Les chercheurs prélèvent des cellules adultes et inversent le processus de différenciation. Les cellules subissent une sorte de cure de jouvence, une reprogrammation qui leur permet à nouveau de se multiplier pour donner naissance à n'importe quel type de cellules. Pour le moment, ce type de cellules souches ne peut être utilisé sur des patients. Le système de reprogrammation utilise certains virus qui pour le moment, risquent de déclencher un cancer.

Cellules souches : sésame de la recherche

Vierges. La particularité et l'avantage des cellules souches est qu'elles ne sont pas encore spécialisées. Elles sont comme vierges. Elles ont gardé la capacité à se transformer en différents types de cellules - muscle, peau, cerveau - en fonction de l'environnement dans lequel elles se trouvent, et ce à l'infini.

Leur naissance. Elles apparaissent dans les premiers jours après la fécondation, les cellules embryonnaires entre le cinquième et le huitième jour, et les cellules souches adultes après le huitième jour. L'avantage de ces dernières est qu'elles restent présentes dans le corps tout au long de la vie. Ainsi, on peut les prélever à tout moment dans la moelle osseuse, le muscle ou encore le foie.

Problématique éthique. Les recherches sur les cellules souches embryonnaires sont très encadrées. En effet, certaines personnes considèrent qu'un embryon de quelques cellules est déjà un être vivant qu'on ne doit pas manipuler. Malgré tout, la loi française a autorisé ces recherches jusqu'en 2011.

Soigner à partir de cellules souches : la thérapie cellulaire

Tout l'enjeu pour les chercheurs est de s'assurer que les cellules souches deviendront bien ce qu'on attend d'elles. C'est essentiel si on veut les utiliser en clinique, c'est-à-dire en thérapie cellulaire.

La thérapie cellulaire a commencé avec deux applications : la greffe de peau d'abord. A partir d'un petit prélèvement, il est possible de cultiver les cellules de la peau pour obtenir une surface de plusieurs mètres carrés. Une technique très utile pour soigner les grands brûlés.

L'autre application historique est la greffe de moelle osseuse. Quand on greffe une moelle à un patient atteint d'un cancer du sang par exemple, ce sont les cellules souches présentes dans le greffon qui vont servir à fabriquer de nouveaux globules blancs et rouges.

Bébés-bulles : l'espoir des thérapies géniques

Les cellules souches peuvent aussi venir en aide aux bébés-bulles. Ces enfants nés sans défenses immunitaires vivent dans un environnement stérile pour éviter toute infection.

Un des espoirs pour que ces enfants quittent leur bulle sans danger est la thérapie génique. Lors du dernier essai thérapeutique conduit par le Pr Fischer, la thérapie génique a permis de corriger le déficit de l'immunité chez plusieurs jeunes patients.

La thérapie génique consiste à utiliser des cellules souches du patient pour corriger le gène défectueux en laboratoire. Cette nouvelle version du gène est ensuite insérée dans un virus rendu inoffensif. Lorsque le virus rentre en contact avec une cellule, il transmet le gène ainsi corrigé dans le patrimoine génétique de l'enfant.

Sur les neuf nourrissons traités lors du dernier essai thérapeutique, sept ont aujourd'hui un système immunitaire renforcé. Une victoire pour le Pr. Alain Fischer, le père de la thérapie génique. Même si pour lui, il est trop tôt pour parler de guérison : "Cette thérapie génique a permis de corriger leur déficit immunitaire, donc ils vivent dans de bonnes conditions. On a beaucoup d'espoir que l'effet dure des années… mais il vaut mieux parler de correction stable que de guérison".

Aujourd'hui, 60 enfants dans le monde ont pu sortir de leur bulle grâce à la thérapie génique. Et cette méthode est déjà testée pour soigner d'autres maladies génétiques rares.

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Listeria : des souches hypervirulentes à tropisme cérébral et placentaire

Des chercheurs de l’Institut Pasteur, de l’Inserm, du CNRS et de l’Université Paris Descartes – Sorbonne Paris Cité viennent de publier dans Nature Genetics une vaste étude menée sur près de 7000 souches de Listeria monocytogenes, bactérie responsable de la listériose humaine, une infection grave d’origine alimentaire. Par une analyse intégrative de données épidémiologiques, cliniques et microbiologiques, les chercheurs ont mis en évidence la grande diversité du pouvoir pathogène de cette espèce bactérienne. Ce travail a également permis de découvrir, par une analyse génomique comparative, de nouveaux facteurs de virulence dont l’implication dans les formes cérébrales et fœto-placentaires de listériose a été démontrée expérimentalement. Il suggère en outre l’importance d’utiliser de nouvelles souches de référence, représentatives des lignées hypervirulentes identifiées ici, pour les études expérimentales du pouvoir pathogène de Listeria monocytogenes.

 

Communiqué de presse
Paris, le 1er février 2016
 

Tissu infecté par Listeria. YH Tsai, M Lecuit. © Institut Pasteur

Responsable d’infections alimentaires pouvant être particulièrement graves, notamment chez la femme enceinte et les personnes âgées, la bactérie Listeria monocytogenes fait l’objet en France, comme dans de nombreux autres pays, d’une surveillance microbiologique étroite, assurée à l’Institut Pasteur par le Centre national de référence (CNR) des Listeria, en lien avec l’Institut de veille sanitaire (InVS). Les chercheurs de l’unité Biologie des infections (Institut Pasteur/Inserm), dirigée par Marc Lecuit (Université Paris Descartes-Sorbonne Paris Cité, Hôpital Necker-Enfants malades, AP-HP) et qui héberge le CNR Listeria, en collaboration avec le groupe mené par Sylvain Brisse, dans l’unité Génomique évolutive des microbes (Institut Pasteur/CNRS), viennent de publier les conclusions d’une large étude portant sur près de 7000 souches de Listeria monocytogenes collectées depuis neuf ans dans le cadre des activités de surveillance.

 

Le génotypage des bactéries a en premier lieu révélé une grande hétérogénéité au sein de l’espèce L. monocytogenes et montré que les souches peuvent être classées en familles génétiques (ou groupes clonaux) distinctes. Grâce à l’analyse de données épidémiologiques, les chercheurs ont démontré que certains de ces groupes clonaux sont beaucoup plus fréquemment associés aux infections humaines, alors que d’autres sont fortement associés aux aliments. L’analyse des données cliniques détaillées de plus de 800 patients a montré que les souches les plus fréquemment associées aux infections sont davantage isolées chez les sujets les moins immunodéprimés, tandis que les souches les plus associées aux aliments infectent majoritairement les personnes les plus immunodéprimées. De plus, les souches les plus associées aux infections semblent les plus invasives, car elles affectent plus fréquemment le système nerveux central et le fœtus que les souches les plus associées aux aliments. Ces résultats suggèrent l’existence de souches hypervirulentes, hypothèse que les scientifiques ont confirmée grâce à un modèle murin de listériose qu’ils avaient précédemment développé[1].

 

Afin de découvrir les bases génétiques de cette hypervirulence, les chercheurs ont entrepris un séquençage génomique d’une centaine de souches représentatives des groupes clonaux majoritaires. L’analyse comparative de ces séquences génomiques a permis d’identifier un grand nombre de gènes fortement associés aux groupes clonaux hypervirulents, dont l’un a été démontré expérimentalement comme impliqué dans le tropisme cérébral et fœto-placentaire de L. monocytogenes. Ces résultats ouvrent la voie à la compréhension des mécanismes responsables des listérioses neurologiques et materno-néonatales.

 

Alors que la majorité des recherches menées sur L. monocytogenes s'effectue aujourd’hui à partir de souches dites « de référence » qui ne sont pas hypervirulentes, ces travaux plaident pour le recours à des souches hypervirulentes représentatives des infections humaines, afin d’améliorer la pertinence clinique et physiopathologique des travaux de laboratoire.

 

De manière plus générale, les résultats de cette analyse soulignent l’intérêt et la puissance de l’approche intégrative et multidisciplinaire utilisée par les chercheurs, prenant en compte la biodiversité des souches d’une espèce (ici L. monocytogenes) et les données épidémiologiques, cliniques, bactériologiques et expérimentales pour l’étude de la biologie des infections.

 

Iconographie : tissu infecté par Listeria (la bactérie apparaît en rouge). YH Tsai, M Lecuit, © Institut Pasteur.

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