Dans le but de développer des thérapies contre la polyarthrite rhumatoïde avec des effets secondaires minimes, des chercheurs de la Washington University School of Medicine à St. Louis ont génétiquement modifié des cellules qui, une fois implantées chez la souris, fourniront un médicament biologique en réponse à l’inflammation.
Les cellules modifiées ont réduit l’inflammation et empêché un type de dommage aux os, connu sous le nom d’érosion osseuse, dans un modèle murin de polyarthrite rhumatoïde. L’objectif ultime de l’équipe de recherche est de développer des thérapies pour les personnes souffrant de polyarthrite rhumatoïde, une maladie débilitante qui affecte environ 1,3 million d’adultes aux États-Unis.
« Les médecins traitent souvent les patients atteints de polyarthrite rhumatoïde avec des injections ou des perfusions de médicaments biologiques anti-inflammatoires, mais ces médicaments peuvent provoquer des effets secondaires importants lorsqu’ils sont administrés suffisamment longtemps et à des doses suffisamment élevées pour avoir des effets bénéfiques », a déclaré le chercheur principal Farshid Guilak, PhD. , le professeur Mildred B. Simon de chirurgie orthopédique. « Nous avons utilisé la technologie CRISPR pour reprogrammer les gènes dans les cellules souches. Ensuite, nous avons créé un petit implant de cartilage en ensemençant les cellules sur des échafaudages tissés, et nous les avons placés sous la peau de souris. L’approche permet à ces cellules de rester dans le corps pendant un certain temps. longtemps et sécrètent un médicament chaque fois qu’il y a une poussée d’inflammation. »
Les nouveaux résultats sont publiés en ligne le 1er septembre dans la revue Science Advances.
Les chercheurs ont utilisé la technologie d’édition du génome CRISPR-Cas9 pour fabriquer des cellules qui sécrètent un médicament biologique en réponse à l’inflammation. Le médicament réduit l’inflammation dans les articulations en se liant à l’interleukine-1 (IL-1), une substance qui favorise souvent l’inflammation dans l’arthrite en activant les cellules inflammatoires dans une articulation.
Guilak, codirecteur du Washington University Center of Regenerative Medicine, et son équipe ont précédemment développé des échafaudages qu’ils recouvrent de cellules souches, puis implantent dans les articulations pour former du cartilage. La stratégie permet aux chercheurs d’implanter les cellules cartilagineuses modifiées de manière à ce qu’elles ne s’éloignent pas après quelques jours et puissent survivre pendant des mois ou plus.
Son laboratoire a également précédemment construit des cellules cartilagineuses SMART (cellules souches modifiées pour une thérapie régénérative autonome) en utilisant la technologie CRISPR-Cas9 pour modifier les gènes de ces cellules de sorte que lorsque les gènes du cartilage sont activés par l’inflammation, ils sécrètent des médicaments en réponse.
Dans la nouvelle étude, l’équipe de Guilak a combiné les stratégies pour fournir un traitement contre la polyarthrite rhumatoïde.
« Les cellules restent sous la peau ou dans une articulation pendant des mois, et lorsqu’elles détectent un environnement inflammatoire, elles sont programmées pour libérer un médicament biologique », a déclaré Guilak, également directeur de recherche aux Hôpitaux Shriners pour enfants de Saint-Louis.
Dans ce cas, le médicament était similaire au médicament immunosuppresseur anakinra, qui se lie à l’IL-1 et bloque son activité. Fait intéressant, ce médicament n’est pas utilisé fréquemment pour traiter la polyarthrite rhumatoïde, car il a une courte demi-vie et ne persiste pas longtemps dans le corps. Mais dans cette étude chez la souris, le médicament a réduit l’inflammation et prévenu les lésions osseuses souvent observées dans la polyarthrite rhumatoïde.
« Nous nous sommes concentrés sur l’érosion osseuse car c’est un gros problème pour les patients atteints de polyarthrite rhumatoïde, qui n’est pas traitée efficacement par les produits biologiques actuels », a déclaré le co-premier auteur Yunrak Choi, MD, chirurgien orthopédiste invité au laboratoire Guilak. « Nous avons utilisé des techniques d’imagerie pour examiner de près les os des animaux, et nous avons constaté que cette approche empêchait l’érosion osseuse. Nous sommes très enthousiastes à propos de cette avancée, qui semble répondre à un besoin clinique important non satisfait. »
Guilak a collaboré avec Christine Pham, MD, directrice de la division de rhumatologie et professeur de médecine Guy et Ella Mae Magness.
« Bien que les produits biologiques aient révolutionné le traitement de l’arthrite inflammatoire, l’administration continue de ces médicaments entraîne souvent des événements indésirables, notamment un risque accru d’infection », a expliqué Pham. « L’idée de fournir de tels médicaments essentiellement à la demande en réponse aux poussées d’arthrite est extrêmement attrayante pour ceux d’entre nous qui travaillent avec des patients atteints d’arthrite, car l’approche pourrait limiter les effets indésirables qui accompagnent l’administration continue de fortes doses de ces médicaments. »
Avec l’édition de gènes CRISPR-Cas9, les cellules ont le potentiel d’être programmées pour fabriquer toutes sortes de médicaments, ce qui signifie que si un médicament contre l’arthrite fonctionne mieux qu’un autre chez un patient particulier, les chercheurs pourraient concevoir des cellules cartilagineuses pour créer des traitements personnalisés. La stratégie a un grand potentiel pour traiter d’autres affections inflammatoires de l’arthrite, y compris l’arthrite juvénile, une affection qui touche plus de 300 000 enfants aux États-Unis.
« De nombreux patients atteints d’arthrite doivent s’auto-administrer ces médicaments, en se faisant des injections quotidiennes, hebdomadaires ou bihebdomadaires, tandis que d’autres se rendent chez un médecin tous les quelques mois pour recevoir une perfusion de l’un de ces produits biologiques, mais dans cette étude, nous avons démontré que nous pouvons transformer des tissus vivants en un système d’administration de médicaments », a déclaré Kelsey H. Collins, PhD, associée de recherche postdoctorale au laboratoire de Guilak et co-premier auteur de l’étude. « Ces cellules peuvent détecter les problèmes et réagir en produisant un médicament. Cette approche nous aide également à comprendre pourquoi certains produits biologiques peuvent avoir des effets limités dans l’arthrite inflammatoire. Ce n’est pas parce qu’ils ne se lient pas à la bonne cible, mais probablement parce qu’un médicament injecté est court. -vive par rapport aux niveaux contrôlés automatiquement de médicament libérés par les cellules SMART implantées. »
Les chercheurs continuent d’expérimenter avec CRISPR-Cas9 et les cellules souches, même des cellules d’ingénierie qui pourraient fabriquer plus d’un médicament pour répondre à différents déclencheurs d’inflammation.
Ce travail a été soutenu par les Hôpitaux Shriners pour enfants et par le National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Diseases, le National Institute on Aging, le National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases, le National Cancer Institute et le Bureau du directeur de les Instituts nationaux de la santé (NIH). Numéros de subvention AG15768, AG46927, AR072999, AR076820, OD10707, OD021694, DK108742, AR073752, AR074992, AR067491, AR075899. P50 CA094056, P30 CA091842. Soutien supplémentaire de la Nancy Taylor Foundation for Chronic Diseases, de la Arthritis Foundation et de la bourse Phillip et Sima Needleman du Washington University Center of Regenerative Medicine.