Dans la recherche thérapeutique sur la BPCO, un des enjeux majeurs est dans un premier temps de comprendre comment elle fonctionne. Une des innovations du projet que nous menons est de tenter de repérer quelles protéines éteindre au sein des cellules ciblées pour empêcher l’expression de la pathologie puis de trouver un moyen efficace de les neutraliser.

Dans cette perspective, Isabelle Dupin a initié l’étude d’acides nucléiques interférents, qu’on appelle « Small Interfering RNA » (siRNA), spécifiques pour identifier les protéines à cibler dans cette maladie (dans un premier temps) et pour développer une thérapie (dans un deuxième temps). Ces siRNA sont des petits acides nucléiques double brin d’environ 20 paires de bases qui ont pour principal effet de diminuer l’expression d’une protéine dans des cellules ciblées. La question ici est de savoir quel siRNA utiliser et comment le transporter jusqu’à la cible. Ce transport s’avère être la principale difficulté car les siRNA se dégradent très facilement une fois injectés dans l’organisme.

C’est à cette étape que j’interviens pour mettre au point une vectorisation afin de transporter le siRNA jusqu’à la cible. A cette fin, je développe des nanoparticules qui permettent de les encapsuler, de les transporter de façon stable dans le sang et de les livrer dans le cytoplasme de la cellule ciblée. Cette technologie est relativement connue. Elle reprend les mécanismes qui ont été utilisés et approuvés cliniquement dans le traitement d’une maladie rare du foie. Elle consiste plus précisément à vectoriser le siRNA dans une nanoparticule lipidique qui ressemble beaucoup à celle qui a été utilisée dans le vaccin contre le Covid. L’avantage de cette méthode est notamment la rapidité et la facilité avec lesquelles on peut changer d’acides nucléiques ce qui permet de multiplier les essais sur le modèle cellulaire de la BPCO qu’Isabelle Dupin a constitué dans son laboratoire.

Le modèle d’étude utilisé est très beau. Des cellules issues de patients sont cultivées in vitro afin de reconstituer l’épithélium d’un patient. Grâce à ce modèle de cellules primaires, il n’est plus nécessaire de travailler avec des souris ce qui est un excellent point. Cependant l’ensemble des échantillons récupérés ne sont pas nécessairement atteints par la BPCO ce qui engendre une grande variabilité dans le modèle. En effet il est difficile d’obtenir des prélèvements cellulaires de patients atteints par la BPCO, nous réalisons donc nos études sur des échantillons à différents degrés d’évolution de la maladie. La BPCO étant une maladie avec des grades très variés, il s’agit d’une pathologie très difficile à modéliser. Pour contrer cette problématique, une technologie innovante de modèle 3D est développée au CRCTB. Les chercheurs reconstituent des bronches in vitro et tentent d’induire la maladie via notamment de la fumée de cigarettes (voir article Isabelle Dupin UB/Curieuxlive). Actuellement notre étude est basée sur un modèle 2D, des épithéliums, et nous prenons en compte ce biais dans l’analyse de nos résultats mais nous avons comme projet de travailler sur ce modèle 3D.

• Quand vous avez commencé vos recherches avec Isabelle Dupin, vous aviez quelques pistes ?

• Et aujourd’hui, où en êtes-vous ?

Nous avons bien avancé sur ces deux parties.

Un étudiant en stage de Master 2 nous a aidé à décorer nos nanoparticules lipidiques avec des aptamères. Nous sommes parvenus à trouver le récepteur cellulaire qu’il fallait cibler. Nous avons identifié un aptamère. Nous avons validé qu’il reconnaissait bien sa cible puis nous l’avons greffé sur une nanoparticule lipidique. Pour finir, nous avons comparé l’internalisation des nanoparticules avec ou sans l’aptamère en question.

Nos résultats ont été mitigés, nos nanoparticules rentrent très bien dans nos cellules immortalisées de poumon. Toutefois, quand nous les avons testées sur les modèles cellulaires de nos patients, nous n’avons pas détecté un niveau d’internalisation optimal. Notre hypothèse principale pour l’expliquer est que les cellules de patients sur lesquelles nous travaillons sont très variables, comme je le mentionnais. Les cellules que nous récupérons ne sont pas forcément celles de patients atteints par la BPCO et nous ne pouvons pas vérifier l’expression des récepteurs que nous souhaitons exploiter patient par patient. Nous ne sommes donc pas sûrs que, sur notre échantillon, le récepteur soit surexprimé.  Autre piste : notre priorité est de trouver le modèle adapté à notre récepteur, et de montrer que notre stratégie fonctionne avec ce récepteur, comme preuve de concept, c’est-à-dire que l’on peut améliorer la quantité de siRNA livrée grâce aux aptamères. Ensuite, nous pourrons la transposer pour un autre récepteur assez facilement.

Du côté de l’identification du siRNA, nous avons là aussi bien avancé. Au moment du projet, nous avions fait juste une preuve de concept avec des siRNA fluorescents qui allumaient les cellules dans lesquelles ils étaient rentrés. Nous utilisons maintenant un siRNA qui vise une des potentielles cibles non encore validées de cette maladie. C’est un facteur de transcription dont nous supposons qu’il est impliqué dans la différenciation des cellules. Lorsque nous faisons pousser des cellules nous obtenons des cellules ciliées avec des cils qui battent et font bouger le mucus pour l’évacuer des bronches, et des cellules qui sécrètent du mucus. Les personnes atteintes d’une maladie inflammatoire produisent beaucoup de mucus ce qui est à la fois protecteur des cellules mais également dommageable. Non seulement la production abondante de mucus ne permet pas aux médicaments d’accéder aux cellules mais en outre le mucus est un nid à bactéries. Si nous parvenons à réguler la production de ce mucus, nous reviendrons à des conditions normales pour le fonctionnement optimal du poumon. Nous avons donc essayé avec ce facteur de transcription de cibler les cellules en gobelet, cellules épithéliales spécialisées dans la sécrétion de mucus, afin de réduire leur population permettant ainsi de diminuer le mucus. Nous avons bien avancé sur ce point mais les recherches sont encore en cours. Nous avons réussi à réduire le facteur de transcription, mais pas à montrer que cela réduisait le nombre de cellules en gobelet. La question est de savoir si cela est assez significatif pour induire un effet satisfaisant sur la production de mucus. Pour l’instant la réponse est non, ce n’est pas démontré.

Pour cette ANR, nous avons gardé quasiment le même projet (en particulier la partie ciblage). Nous avons simplement ajouté un axe sur l’amélioration de la pénétration dans le mucus des nanoparticules afin qu’elles soient en capacité de se frayer un chemin jusqu’aux cellules épithéliales. Pour faire cela, nous travaillons en collaboration avec un laboratoire de Montpellier qui développe des polymères qui nous intéressent. La collaboration avec Montpellier se fait également sur un autre aspect du travail. Si nous voulons dans un premier temps développer une forme nébulisée (spray) pour le traitement de la BPCO, nous cherchons à terme à mettre au point un procédé d’administration du médicament sous forme de poudre sèche, similaire au procédé utilisé pour la Ventoline, qui est plus acceptée par le patient. En effet, le spray nécessite que les malades reçoivent le traitement via une machine pendant une demi-heure. C’est plus doux mais c’est aussi beaucoup plus lourd. Nous aimerions donc transformer nos nanoparticules en poudre. Or Marie Morille, enseignante-chercheuse à l’Institut Charles Gerhardt Montpellier (ICGM), possède l’expertise pour opérer cette transformation. Nous envisageons aussi de tester d’autres siRNA. Enfin, si nous arrivons jusqu’au modèle 3D développé par le CRCTB, on sera vraiment content ! Le financement ANR nous a également permis d’embaucher, à partir d’octobre 2024, une doctorante, Viet-Ha Phan, qui vient du Vietnam et que nous avons recrutée ensemble avec Isabelle Dupin. Elle avait un profil plutôt chimie mais avec une appétence pour la biologie ce qui était un critère important pour nous. Elle travaille principalement à ARNA actuellement mais elle sera également amenée à travailler au CRCTB dès que nous serons prêts à passer au modèle primaire.

En résumé c’est vraiment un projet passionnant !

• Comment vous vous êtes rencontrées avec Isabelle et comment tout cela a commencé ?

Nous nous sommes rencontrées à Bordeaux à une journée microfluidique qui était une initiative unique organisée autour de Jean-Christophe Baret, chercheur CNRS au Centre de Recherche Paul Pascal (CRPP). Il s’agissait d’une journée « partage d’expériences » entre chercheurs du site bordelais travaillant en microfluidique. Isabelle y avait présenté le travail de son équipe sur les organoïdes, recherche qu’elle mène en collaboration avec la plateforme VoxCell (TBMCore). Cette plateforme multidisciplinaire propose d’associer la technologie microfluidique des capsules cellulaires et la biologie pour former des sphéroïdes ou organoïdes tumoraux à haut rendement. Quant à moi, j’étais venus car je prépare des nanoparticules par microfluidique. Donc, de prime abord, on ne faisait pas du tout les mêmes choses. Toutefois, suite à nos présentations respectives, nous avons commencé à échanger. Son modèle cellulaire m’avait particulièrement intéressée et parallèlement les siRNA avaient retenu l’attention d’Isabelle qui souhaitait les tester car ils ouvraient des pistes prometteuses et jamais explorées pour le traitement de la BPCO. Avant de formaliser la collaboration, nous avons fait quelques expériences préliminaires pour voir comment ça se passait et si ça pouvait donner quelque chose. Nos équipes se sont très bien entendues, c’est aller très vite, c’était facile : tous les signaux étaient ainsi au vert pour construire une collaboration scientifique fructueuse.

• Et en quoi ce projet poursuit l’ambition pluridisciplinaire du département STS ?

Notre projet est vraiment un mélange entre chimie, physico-chimie, biochimie, biologie moléculaire, bio-conjugaison, physiopathologie, biologie cellulaire, …

On a vraiment des expertises différentes ce qui n’est pas toujours évident. Pour que ça marche, il faut faire en sorte de créer un cadre de communication sain entre équipes. C’est cela qui a fait que notre projet a bien fonctionné : la communication était simple, nos équipes ont vraiment fait l’effort de parler science entre elles tout en faisant attention à se créer un langage commun sans utiliser les mots très spécifiques à nos domaines respectifs. On a vraiment construit une vraie collaboration honnête. La communication dans les projets mobilisant plusieurs disciplines est vraiment fondamentale. Il faut parvenir à trouver un terrain commun pour être aussi capable de s’exprimer et de donner son avis sur l’ensemble des enjeux du projet conduit en interdisciplinarité. C’est la condition pour créer des collaborations interdisciplinaires saines, fructueuses et constructives.

• Et pour finir, les AAP projets collaboratifs du département, une initiative à maintenir à l’avenir ?

Oh oui ! C’est vraiment important comme dispositif. Pas simplement d’ailleurs pour la somme d’argent que nous recevons si notre projet est sélectionné mais aussi parce que ça nous booste.  Cela nous donne de la motivation et de l’énergie pour se concentrer pendant un an sur un projet car être lauréat nous montre que des gens croient en notre travail. Il se joue vraiment là d’ailleurs l’effet levier !

Decouvir les autres AAP internes du départements STS

 

Interview réalisée par Jean-Michel Blanc et Clémence Faure

Crédits photo - Clémence Faure, département STS, université de Bordeaux / Jeanne Leblond Chain (ARNA) et Isabelle Dupin (CRCTB)