Les vecteurs
Les vecteurs sont essentiellement des véhicules conçus pour fournir du matériel génétique thérapeutique, tel qu'un gène, directement dans une cellule.
La thérapie génique est un moyen de traiter une maladie spécifique en introduisant, en supprimant ou en modifiant du matériel génétique - ADN ou ARN - à l’intérieur des cellules d’une personne. Un moyen courant que les chercheurs ont trouvé pour y parvenir consiste à utiliser un vecteur. Les vecteurs sont essentiellement des véhicules conçus pour fournir du matériel génétique thérapeutique, tel qu'un gène, directement dans une cellule.
Les vecteurs sont généralement dérivés de virus, car les virus se sont avérés très efficaces pour se frayer un chemin dans les cellules. Il existe quatre types principaux de vecteurs viraux : les vecteurs adéno-associés (AAV), les vecteurs adénoviraux, les vecteurs lentiviraux et les vecteurs gammarétroviraux. Ces vecteurs ont tous leurs propres caractéristiques, utilisations et limitations.
Utilisation des vecteurs
Afin de rendre l’utilisation des vecteurs sûre, tous les gènes viraux sont éliminés et le vecteur est modifié pour ne délivrer que des gènes thérapeutiques. Le choix des virus à utiliser comme vecteurs repose sur trois critères :
• Dans quelle mesure les chercheurs comprennent-ils le virus
• Dans quelle mesure le virus peut cibler certains types de cellules
• Le degré de sécurité d’utilisation du virus
Les vecteurs utilisent la coquille du virus, également connue sous le nom de capside, pour aider à transporter les gènes thérapeutiques dans les cellules cibles. Les vecteurs peuvent être considérés comme des enveloppes utilisées pour délivrer un message spécifique. L'enveloppe permet au message d'être livré, tandis que le message à l'intérieur fournit de nouvelles instructions à la cellule sur la façon de fonctionner correctement. Il peut sembler contre-intuitif d'utiliser un virus pour traiter une maladie, mais l'utilisation de vecteurs est étayée par des années de recherche pour maximiser l’efficacité et la sécurité pour les patients, ce qui est toujours une priorité absolue.
Le but des thérapies géniques utilisant des vecteurs viraux est de faire plus que de simplement traiter les symptômes d’une maladie. Les vecteurs, avec les informations génétiques qu'ils véhiculent, peuvent cibler directement la cause d'une maladie et modifier le fonctionnement de la cellule. En outre, ils ne doivent généralement être administrés qu'une seule fois et sont couramment utilisés pour les maladies héréditaires rares qui n'ont que peu ou pas d'autres options de traitement disponibles.
Vecteurs viraux adéno-associés (AAV)
Les vecteurs viraux adéno-associés, également connus sous le nom d'AAV, sont généralement utilisés pour délivrer de petits gènes. La capacité d’emport limitée de ces vecteurs pouvant être un facteur pour déterminer quelles maladies rares ils peuvent cibler. Ils sont connus pour être sûrs et efficaces lorsqu'ils sont utilisés pour des approches de thérapie génique in vivo. La thérapie in vivo consiste à injecter le vecteur de thérapie génique dans des parties spécifiques du corps afin que de nouvelles instructions génétiques puissent être transmises directement aux cellules du corps.
Les AAV sont généralement non intégratifs. Cela signifie que l’ADN qu’ils portent ne s’insère généralement pas dans le génome de la cellule. Ainsi, si le vecteur pénètre dans une cellule qui se divise, le gène thérapeutique ne sera pas copié à chaque division cellulaire et peut être perdu avec le temps, diluant ainsi l’effet du traitement. Pour cette raison, les AAV sont couramment utilisés pour cibler des cellules ne se divisant pas, telles que les cellules du foie, du système nerveux, des yeux ou des muscles squelettiques. Les AAV peuvent persister chez les patients pendant une période de temps prolongée, peut-être même toute la vie.
L'immunité pré-existante est l'une des limites des AAV, car de nombreuses personnes peuvent avoir déjà été exposées aux AAV par le biais d'infections naturelles. Selon le type d'AAV utilisé, cela signifie que des anticorps préexistants peuvent disqualifier entre 30 et 70% des patients de la participation aux essais cliniques. Le système immunitaire de ces patients, peut attaquer ou détruire le vecteur avant qu'il ne puisse délivrer son gène thérapeutique, le rendant inutile. De plus, les patients seront souvent limités à une seule administration du traitement car ils peuvent développer des anticorps après la première administration.
Les tests immunitaires sont de plus en plus répandus et sont utilisés comme critère d'exclusion pour l'éligibilité aux essais cliniques. Pour l'instant, les scientifiques travaillent sur différentes stratégies franchir cet obstacle, comme la création de capsides synthétiques qui ne seraient pas attaquées par le système immunitaire ou en utilisant une enzyme qui peut transitoirement détruire les anticorps. Ces solutions tirent profit de l’existence d’une courte fenêtre de temps (heures) entre le moment où le vecteur est injecté puis se déplace vers la cellule cible et sa pénétration dans la cellule où il est protégé des anticorps.
Vecteurs adénoviraux
À certains égards, les vecteurs adénoviraux sont similaires aux vecteurs AAV. Par exemple, ils sont le plus souvent utilisés pour délivrer de l’ADN dans des cellules qui ne se divisent pas. Cependant, les vecteurs adénoviraux sont plus gros et sont capables de délivrer huit fois plus d’information génétique que les AAV. Les vecteurs adénoviraux peuvent provoquer de fortes réponses immunitaires, qui se traduisent par une inflammation potentiellement nocive dans tout le corps et une diminution de l'efficacité du traitement. Ces dernières années, les scientifiques ont travaillé pour développer des vecteurs adénoviraux qui entraînent des réponses immunitaires plus faibles afin de transférer des gènes volumineux avec moins de risques.
Vecteurs lentiviraux et gamma-rétroviraux
Les vecteurs lentiviraux et rétroviraux peuvent transporter de plus grands gènes sous la forme d'ARN, qui sont ensuite convertis en ADN. Contrairement aux AAV et aux vecteurs adénoviraux, a cours de ce processus, les vecteurs s'intègrent dans le génome de la cellule cible.
La capacité à s'intégrer dans le génome cellulaire rend les vecteurs lentiviraux et rétroviraux les mieux adaptés pour cibler les cellules en division, et sont donc adaptés aux approches de traitement ex vivo. Par exemple, ces vecteurs sont utilisés pour cibler les cellules T, qui sont un type de cellule immunitaire, et les cellules souches, qui sont des cellules spéciales qui peuvent se développer en de nombreux types de cellules. Contrairement aux traitements in vivo, le traitement ex vivo des cellules se produit à l'extérieur du corps. Les cellules sont prélevées sur le patient et sont cultivées en laboratoire sur des plaques leur permettant de se répliquer et de se développer. Ces cellules sont traitées avec des vecteurs et modifiées avec de nouvelles instructions génétiques, comme un gène thérapeutique. Les cellules modifiées sont ensuite administrées dans le corps du patient où elles génèrent de nouvelles cellules. Comme le gène thérapeutique est intégré de manière stable dans le génome des cellules traitées, le nouveau matériel génétique est copié dans toutes les nouvelles cellules et continue de fonctionner au-delà de la cellule d'origine.
Autres limitations
La thérapie génique utilisant des vecteurs viraux a beaucoup de potentiel, mais elle n'est pas sans risque. Les exemples ci-dessous complètent les limitations qui ont été discutées ci-dessus, y compris l'immunité pré-existante et de fortes réponses immunitaires.
Certains effets indésirables surviennent lorsque des tissus autres que le tissu cible principal peuvent être affectés après l'administration. Par ailleurs, les vecteurs qui insèrent leur information génétique dans le génome de l'hôte peuvent potentiellement s'intégrer à un emplacement incorrect du génome et entraîner des conséquences inattendues. Afin de garder autant de contrôle que possible sur le processus, les chercheurs ont développé des techniques de ciblage. En outre, ils ont la capacité de surveiller les effets à long terme de l’intégration du vecteur chez les patients.
La fabrication est un autre défi auquel s'attaquent les professionnels du domaine. La création d'une très grande quantité de vecteurs viraux sûrs nécessite du temps, des efforts et des ressources. La complexité du processus s’ajoute aux coûts de fabrication et rend difficile la rationalisation de la production. Les chercheurs continueront de travailler à des méthodes de production plus efficaces à mesure que davantage de thérapies géniques seront développées et approuvées pour une utilisation clinique.
Vecteurs non viraux
Les chercheurs développent également davantage de vecteurs non viraux pour résoudre (ou éliminer) ces limitations. Les vecteurs non viraux sont moins chers à fabriquer que leurs homologues viraux. Ils peuvent potentiellement transférer une plus grande quantité d’information génétique, permettre des dosages répétés et faciliter le contrôle-qualité. Les vecteurs non viraux ont également l'avantage de réduire le risque de déclencher des réponses immunitaires indésirables.
Bien que les vecteurs non viraux soient très prometteurs et que de nombreuses approches non-virales se développent rapidement, des défis subsistent, tels que la capacité de quantité d’ADN qu’elle peuvent porter et la capacité de cibler des organes ou des tissus spécifiques. Pour le moment, ils ne peuvent pas être utilisés pour des approches in vivo qui sont fréquentes avec les vecteurs AAV ou adénoviraux.