Cellules vivantes

Publié le 10 octobre 2025 04:08:00. Des chercheurs de l’Université de Washington ont franchi une étape décisive vers la création de médicaments « intelligents » capables de cibler avec précision les zones affectées du corps, ouvrant la voie à des traitements plus efficaces et moins d’effets secondaires.

• Une nouvelle approche permet de programmer des protéines pour qu’elles prennent des décisions autonomes en fonction de leur environnement.
• Cette technologie repose sur l’utilisation de « queues » protéiques qui se replient en formes spécifiques en réponse à des signaux biologiques.
• Les progrès de la biologie synthétique ont rendu la production de ces protéines plus rapide et moins coûteuse.

L’administration ciblée de médicaments représente un espoir majeur dans le domaine médical. En délivrant les traitements directement aux tissus malades, et en épargnant les zones saines, il est possible de réduire les doses nécessaires et de minimiser les effets indésirables. L’immunothérapie ciblée, par exemple, pourrait activer les défenses immunitaires uniquement au niveau des tumeurs, limitant ainsi les dommages collatéraux.

La difficulté réside dans la conception de thérapies véritablement « intelligentes », capables de naviguer dans l’organisme et de déterminer avec précision où agir. L’équipe du professeur Cole DeForest à l’Université de Washington a récemment réalisé une avancée significative dans ce domaine. Publiée le 9 octobre dans Nature Chemical Biology, leur étude démontre la possibilité de contrôler la localisation des protéines thérapeutiques en leur ajoutant des structures de queue intelligentes. Ces queues se replient en formes préprogrammées, leur permettant de réagir de manière spécifique à différentes combinaisons de signaux environnementaux.

Les chercheurs ont également montré que ces queues protéiques peuvent être attachées à des supports pour faciliter leur transport vers les cellules vivantes. De plus, les progrès de la biologie synthétique ont permis de produire ces protéines à moindre coût et en un temps record, passant de plusieurs mois à quelques jours seulement.

« Nous réfléchissons à ces concepts depuis un certain temps, mais nous avions du mal à trouver des moyens d’augmenter et d’automatiser la production. Nous avons enfin compris comment produire ces systèmes plus rapidement, à grande échelle et avec une complexité logique considérablement améliorée. Nous sommes enthousiastes quant à la manière dont ces résultats mèneront à des thérapies plus sophistiquées et plus évolutives visant à perfectionner les traitements des maladies. »

Cole DeForest, professeur de génie chimique et de bio-ingénierie, Université de Washington

Le concept de biomatériaux programmables n’est pas nouveau. Les scientifiques ont déjà développé diverses stratégies pour rendre les matériaux sensibles à des signaux spécifiques, tels que le pH ou la présence d’enzymes, associés à une maladie ou à une zone particulière du corps. Cependant, il est rare de trouver un indicateur, ou biomarqueur, qui soit totalement unique à un endroit précis. Un matériau ciblant un seul biomarqueur risque donc d’agir sur des zones non désirées en plus de la cible principale.

Pour pallier ce problème, les chercheurs se concentrent sur la recherche de combinaisons de biomarqueurs. Il est peu probable qu’une zone du corps présente simultanément des niveaux spécifiques de plusieurs enzymes ou de pH. En théorie, plus un matériau est capable d’identifier de biomarqueurs, plus l’administration des médicaments peut être affinée.

Dès 2018, le laboratoire de DeForest avait mis au point une nouvelle classe de matériaux capables de répondre à plusieurs biomarqueurs en utilisant la logique booléenne, un concept issu de la programmation informatique. « Nous avons réalisé que nous pouvions programmer la libération des principes actifs thérapeutiques en fonction de la manière dont ils étaient connectés à un support », explique DeForest. « Par exemple, si nous attachions un médicament à un matériau via deux groupes dégradables connectés en série, il serait libéré si l’un ou l’autre des groupes était dégradé, agissant comme une porte OU. Si les groupes étaient connectés en parallèle, les deux devaient être dégradés pour libérer le médicament, fonctionnant comme une porte ET. En combinant ces portes de base, nous pouvions facilement créer des circuits logiques complexes. »

Cette avancée était prometteuse, mais sa mise en œuvre à grande échelle était limitée : l’équipe devait construire manuellement ces matériaux complexes à l’aide de techniques de chimie organique traditionnelles. Cependant, ces dernières années, la biologie synthétique a connu des progrès considérables.

« Ce domaine a développé de nouveaux outils basés sur les protéines qui permettent de former des liaisons permanentes entre elles », explique Murial Ross, co-première auteure de l’étude et doctorante en bio-ingénierie à l’UW. « Cela a ouvert la voie à de nouvelles structures protéiques qui étaient auparavant irréalisables, rendant possibles des opérations logiques plus complexes. » De plus, il est désormais possible d’utiliser des cellules vivantes comme usines pour produire ces protéines complexes, en concevant des modèles d’ADN personnalisés, en les insérant dans des bactéries ou d’autres cellules hôtes, puis en collectant les protéines souhaitées directement à partir des cellules.

Grâce à ces nouveaux outils, l’équipe de DeForest a simplifié et amélioré de nombreuses étapes du processus. Ils ont conçu et produit des protéines dotées de queues qui se replient spontanément en formes personnalisées, créant ainsi des « circuits » complexes capables de répondre à cinq biomarqueurs différents. Ces nouvelles protéines peuvent être fixées à divers supports – hydrogels, microbilles ou cellules vivantes – pour être acheminées vers une cellule, ou théoriquement vers un site pathologique. L’équipe a même chargé un support avec trois protéines différentes, chacune programmée pour libérer sa charge utile en fonction de différents signaux environnementaux.

« Nous étions très enthousiastes par ces résultats. Avec l’ancien processus, il fallait des mois pour synthétiser seulement quelques milligrammes de chacun de ces matériaux. Aujourd’hui, il nous faut quelques semaines pour passer de la conception au produit. Cela a complètement changé la donne pour nous. »

Cole DeForest, professeur de génie chimique et de bio-ingénierie, Université de Washington

« Il n’y a aucune limite. On peut créer une libération retardée et indépendante de nombreux composants différents dans un seul traitement », ajoute Ross. « Et je pense que nous pourrions créer des circuits logiques beaucoup plus grands auxquels une protéine peut réagir. Nous en sommes maintenant au point où la technologie dépasse ce que nous avions sérieusement envisagé en termes d’applications, ce qui est une excellente position. »

Les chercheurs prévoient maintenant d’identifier d’autres biomarqueurs que les protéines pourraient cibler. Ils espèrent également collaborer avec d’autres laboratoires de l’UW et au-delà pour développer et mettre en œuvre des thérapies concrètes.

L’équipe a également envisagé d’autres applications de cette technologie, notamment la fabrication de thérapies au sein d’une seule cellule et leur ciblage vers des régions spécifiques, une sorte de microcosme du processus qui se déroule dans l’organisme. DeForest envisage également des outils de diagnostic, tels que des tests sanguins qui pourraient, par exemple, changer de couleur en présence d’un ensemble complexe d’indicateurs dans l’échantillon sanguin.

DeForest estime que les premières applications pratiques concerneront probablement les traitements contre le cancer, mais avec des recherches supplémentaires, les possibilités semblent infinies. « Le rêve est de pouvoir choisir n’importe quel endroit arbitraire à l’intérieur du corps – jusqu’aux cellules individuelles – et de programmer un matériau pour qu’il agisse à cet endroit », conclut-il. « C’est un défi de taille, mais avec ces technologies, nous nous en rapprochons. Avec la bonne combinaison de biomarqueurs, ces matériaux deviendront de plus en plus précis. »