Les dystrophies musculaires sont un groupe de maladies génétiques qui entraînent une perte progressive de la masse et de la fonction musculaires chez les patients, l’incurable dystrophie musculaire de Duchenne (DMD), qui affecte tous les muscles du corps principalement chez les garçons, étant particulièrement sévère. La DMD peut être causée par plus de 7 000 mutations uniques dans le plus grand gène du génome humain, qui code une protéine centrale dans les fibres musculaires. Bien que ce nombre incroyable de mutations bloque toutes de manière variable la fonction musculaire, les muscles affectés partagent une autre caractéristique commune : l’inflammation chronique.
Comme l’inflammation chronique contribue de manière significative à la vitesse et à la gravité de la dégénérescence musculaire, les chercheurs poursuivent différentes approches anti-inflammatoires qui pourraient être appliquées à l’affaiblissement des muscles des patients atteints de DMD. Jusqu’à présent, il est devenu clair que les thérapies anti-inflammatoires générales appliquées de manière systémique ne peuvent pas atteindre une efficacité suffisante dans les muscles individuels et qu’en outre, elles peuvent être toxiques pour les patients et augmenter leur risque d’infections. Pour surmonter ces obstacles, des thérapies à action locale qui pourraient être appliquées sur place aux muscles touchés auraient des avantages significatifs.
Aujourd’hui, une équipe de recherche du Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering de Harvard et de la John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) dirigée par David Mooney, Ph.D., membre fondateur du Wyss Institute, a développé une nouvelle approche dans laquelle des nanoparticules anti-inflammatoires (NP) spécifiquement conçues qui pourraient être appliquées localement et sélectivement sur des muscles chroniquement enflammés gravement touchés ou présentant un risque plus immédiat de détérioration, et peut-être difficiles à atteindre avec des traitements oraux. Dans un modèle murin avancé de DMD, cette stratégie a augmenté le volume des muscles couverts par les myofibres et amélioré les fonctions musculaires en augmentant le nombre de cellules T régulatrices anti-inflammatoires infiltrantes (Tregs). Les résultats sont publiés dans Science Advances.
Une solution à base de biomatériaux : conception et validation
“En utilisant l’administration de cytokines à base de NP, nous pouvons créer un statut immunitaire thérapeutique dans les muscles touchés par la DMD qui cible l’inflammation en tant que moteur universel de la maladie”, a déclaré Mooney, qui dirige la plate-forme Immuno-Materials du Wyss Institute et est également le Robert P. Professeur de la famille Pinkas de bio-ingénierie à SEAS. “Compte tenu de l’administration localisée de la cytokine très efficace interleukine-4 (IL-4), cette approche pourrait être développée en tant que thérapie autonome, ou à l’avenir être utilisée en combinaison avec des approches génétiques conçues pour réparer des mutations DMD spécifiques chez les patients .”
On pense que les cellules immunitaires pro-inflammatoires et anti-inflammatoires recrutées pour atrophier les muscles et se différencier davantage en elles jouent un jeu actif de tir à la corde. Les deux peuvent temporairement prendre le dessus avec des muscles traversant des cycles continus de blessure et de régénération de la myofibre tandis qu’à plus long terme, la blessure l’emporte toujours. Il est important de noter que les identités et les activités des cellules immunitaires sont contrôlées par des cytokines pro- et anti-inflammatoires, des molécules immunomodulatrices qui sont libérées par les cellules immunitaires ou d’autres cellules du tissu musculaire.
En 2018, l’équipe de Mooney avait montré que des nanoparticules d’or (NPs) présentant la cytokine anti-inflammatoire interleukine-4 (IL-4) lorsqu’elles sont injectées localement dans des muscles gravement blessés de souris, pourraient améliorer la force des muscles de 40% par rapport aux NPs de contrôle. . Les NP ont été conçues de telle sorte qu’un noyau NP d’or soit partiellement recouvert d’une couche de polymère biocompatible polyéthylène glycol (PEG). Aux parties de la surface NP révélées par des lacunes dans le revêtement, des molécules de cytokines IL-4 ont ensuite été liées (chimiquement conjuguées), leur permettant d’être protégées par le PEG environnant et de rester bioactives pendant des périodes prolongées après leur injection dans le tissu musculaire. et l’absorption par les cellules immunitaires musculaires.
Pour étudier les effets des NP porteuses d’IL-4 ainsi que de NP porteuses d’IL-10 (une cytokine anti-inflammatoire agissant différemment) sur les muscles affectés par la DMD, les chercheurs ont utilisé un modèle murin existant, connu sous le nom de Mdx, qui porte un Mutation DMD trouvée chez des patients humains. Comme la dégénérescence musculaire se produit beaucoup plus lentement chez les souris Mdx que chez les patients humains, ils ont développé une approche de microblessure dans laquelle les muscles des membres postérieurs de souris Mdx âgées ont été blessés à plusieurs reprises pour accélérer la progression de la maladie murine et imiter plus étroitement la maladie humaine. Chez les souris Mdx, la microblessure a provoqué une inflammation chronique de type DMD et des dommages qui ont persisté pendant plusieurs semaines.
Tonifier les muscles grâce à l’action des cellules T
Une semaine après la fin de la procédure de microlésion, ils ont injecté des NP d’IL-4 (et des NP d’IL-10) directement dans le muscle chroniquement blessé et, après deux semaines supplémentaires, ont analysé les effets. « La thérapie par cytokines avec l’IL-4 mais pas l’IL-10 conjuguée aux NP a augmenté de manière significative la surface dans les sections transversales couvertes par les fibres musculaires et, chez les animaux vivants, les muscles traités ont montré une multiplication par quatre de la force et de la vitesse de contraction (vitesse) par rapport aux souris des groupes témoins », a déclaré la première auteure Theresa Raimondo, Ph.D., qui a effectué le travail en tant qu’étudiante diplômée dans le groupe de Mooney et est maintenant chercheuse postdoctorale au MIT.
La DMD devient la plus mortelle lorsque le diaphragme et les muscles cardiaques sont touchés. L’équipe espère que leur stratégie pourra un jour contribuer à améliorer la respiration et la fonction cardiaque des patients, même si de futures études devront évaluer cette possibilité.
“Il est intéressant de noter que nous pourrions attribuer les effets régénérateurs à une augmentation spécifique des Tregs, un type de cellule T immunosuppresseur connu pour contrer les processus inflammatoires dans les muscles affaiblis par la DMD.”
L’équipe a observé une augmentation de 50% du nombre de Tregs dans les muscles chroniquement blessés de souris Mdx âgées tandis que le nombre d’autres types de cellules immunitaires, y compris les neutrophiles, les cellules dendritiques, les cellules tueuses naturelles, les monocytes et les macrophages est resté inchangé avec leur NP- thérapie à base de cytokines.
En particulier, les macrophages dans leur état anti-inflammatoire appelé M2 ont également été suggérés pour contribuer à la restauration de la force et de la fonction musculaires dans les modèles murins de DMD, et l’équipe de Mooney a précédemment trouvé qu’ils étaient essentiels à la réparation des muscles gravement blessés chez les souris normales. Cependant, dans les muscles chroniquement enflammés du modèle Mdx avancé qui ont été ciblés avec une thérapie à base d’IL-4 à base de NP dans la nouvelle étude, les macrophages M2 n’ont pas contribué de manière significative à l’effet thérapeutique. “Nos résultats combinés mettent en évidence que la même thérapie par cytokines peut obtenir des résultats immunologiques très différents avec des effets thérapeutiques sur les muscles dépendant du type d’inflammation présent”, a déclaré Mooney.
“Cette approche développée par le groupe de Dave Mooney à l’Initiative Immuno-Matériel de Wyss pourrait être développée comme une solution alternative et stratégiquement appliquée pour traiter les patients atteints de dystrophie musculaire de Duchenne dont la perte de masse et de fonction musculaires ne peut être arrêtée efficacement par aucun autre moyen. le même principe de base de la thérapie par cytokines à base de NP pourrait également avoir un potentiel pour une variété d’autres troubles musculaires où l’inflammation est une force majeure », a déclaré le directeur fondateur de Wyss, Donald Ingber, MD, Ph.D., qui est également le professeur Judah Folkman de Biologie vasculaire à la Harvard Medical School et au Boston Children’s Hospital, et professeur de bio-ingénierie à SEAS.
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