Vectorisation innovante de biomolécules | InnoVec

Pourquoi les molécules bioactives, et en particulier celles issues de la biotechnologie, contribuent à améliorer nos connaissances sur les mécanismes fondamentaux du monde vivant mais ne se traduisent pas facilement en thérapies utiles pour la santé humaine ?

Le principal problème est la difficulté à accéder à leurs cibles moléculaires en raison de barrières cellulaires, tissulaires et / ou environnementales. Dans l’Institut thématique interdisciplinaire InnoVec, nous nous intéressons à la compréhension et à l'amélioration de la cinétique et de la précision de délivrance de médicaments innovants directement au niveau de leurs sites actifs, pour lutter contre l'antibiorésistance et les cancers difficiles à traiter.

Les recherches de l'ITI InnoVec visent à promouvoir de nouveaux concepts et solutions innovantes de vectorisation pour répondre aux enjeux majeurs de santé publique que représentent les bactéries multirésistantes aux antibiotiques et des pathologies humaines comme les cancers très agressifs. Il s'agit de développer des technologies de transport (délivrance/vectorisation) de biomolécules/molécules actives dans des environnements biologiques complexes et dynamiques pour augmenter leur sélectivité (augmenter les doses efficaces là où elles sont nécessaires et diminuer leur présence dans les autres tissus). Ce but ne peut être atteint que par une approche multidisciplinaire qui intègre le développement de nouvelles molécules et vecteurs, mais aussi de modèles moléculaires, cellulaires et pluricellulaires innovants se rapprochant de la complexité d'un organisme vivant.

Question 1 | Comment pouvons-nous lutter contre l'antibio-résistance des bactéries pathogènes critiques ?

Les bactéries s'adaptent facilement aux modifications de leur environnement et trouvent des moyens originaux de résister aux nouveaux traitements antibiotiques. Il est nécessaire de continuer à chercher de nouvelles substances et stratégies pour contrecarrer les adaptations bactériennes aux antibiotiques. Découvrir un nouvel antibiotique est clairement un défi. La membrane bactérienne constitue un rempart contre les composants indésirables comme les médicaments puissants. De plus, de nombreuses bactéries s'entourent de biofilms, barrières difficilement franchissables par des agents chimiques. L'angle de combat de l'institut InnoVec est de favoriser l'accès des antibiotiques puissants à leurs cibles en travaillant sur les problématiques de délivrance / vectorisation.

Pour y arriver, nos équipes développent des recherches fondamentales pour :

• comprendre les mécanismes par lesquels les bactéries assurent l'entrée active des nutriments par des portes sélectionnées dans leurs membranes. Ces portes d'entrée peuvent être mises à profit pour le transport sélectif de composants antibactériens (stratégie dite du "cheval de Troie").
• inventer et synthétiser de nouvelles molécules ou dispositifs nanométriques pour favoriser l'accumulation de la charge utile des médicaments sur les sites actifs.
• concevoir, optimiser et appliquer des systèmes/puces microfluidiques, des algorithmes mathématiques, de l’intelligence artificielle (AI) et des systèmes biologiques pour étudier les bactéries et leurs réponses aux traitements et stimuli.

Question 2 | Comment pouvons-nous améliorer la délivrance de produits thérapeutiques aux cellules cancéreuses dans leur microenvironnement spécifique ?

Les anticorps dérivés de la biotechnologie ainsi que d'autres substances anti-tumorales chimiques ont considérablement amélioré le traitement de certains cancers, entraînant une espérance et une qualité de vie prolongées pour les patients. Il reste néanmoins des cancers pour lesquels aucune amélioration n'a pu être obtenue malgré de nombreuses propositions thérapeutiques. Les raisons des échecs thérapeutiques sont nombreuses et complexes. Comme les bactéries, les cellules tumorales s'adaptent aux traitements pour devenir résistantes. Le caractère hétérogène des tumeurs et de leur environnement est également un frein à la notion de thérapie universelle.

Les objectifs des équipes InnoVec sont de travailler de manière interdisciplinaire pour:

• concevoir des biomolécules et des technologies pour cibler spécifiquement les cellules cancéreuses. Nous proposons de résoudre les problèmes de délivrance d'acides nucléiques et de protéines à leur site d'action par la conception de dérivés d'anticorps, de particules virales, d'assemblages chimiques supramoléculaires et de méthodologies électroniques / physiques.
• comprendre comment certaines cellules cancéreuses répondent aux traitements et modifient leurs signatures transcriptomiques, épigénétiques et protéomiques de manière dynamique à l'aide de la méthodologie de l'intelligence artificielle (IA) et de la bio-informatique. Ces connaissances permettront de déterminer des cibles appropriées et des fenêtres de traitement pendant lesquelles les molécules/médicaments seront plus efficaces.
• développer des composés innovants et des systèmes de délivrance sur mesure pour cibler de nouvelles voies de signalisation impliquées dans l'agressivité des cellules cancéreuses.
• intégrer des biocapteurs dans des laboratoires sur puces ou des systèmes télémétriques, concevoir des algorithmes mathématiques et de l’AI pour mieux observer les mécanismes entrant en jeux dans la vectorisation
• développer des modèles pertinents reflétant au mieux la réalité clinique pour la validation de preuves de concept de vectorisation/délivrance et favoriser la translation des résultats vers la clinique.
• réaliser une évaluation biologique standardisée des différents outils développés à l'Institut.