Représentation graphique de comprimés de produits biologiques à l’état solide se dissolvant dans l’eau (à gauche), activant la machinerie biologique pour une fabrication à la demande (à droite).
Des chercheurs ont mis au point une méthode révolutionnaire de stockage et de manipulation de matières biologiques précieuses qui élimine les limites du stockage réfrigéré. Cette nouvelle méthode a des applications potentielles dans le domaine des soins de santé et de la recherche scientifique.
Les matériaux biologiques provenant des cellules humaines, tels que les enzymes, l’ARNm, les protéines et les anticorps, sont essentiels au développement de nouveaux médicaments et tests de diagnostic. Mais ils sont fragiles. Extrêmement sensibles à la température, ils nécessitent une température ambiante constante pendant le stockage, la manipulation et le transport. Si elles ne sont pas stockées ou manipulées correctement, ces matières peuvent se dégrader et devenir inactives, ce qui peut s’avérer coûteux.
La plupart des matières biologiques sont stockées sous forme de liquides ou de poudres lyophilisées et maintenues à basse température pendant toute leur durée de conservation. Pour ce faire, un système complexe et intégré de réfrigérateurs et de congélateurs, connu sous le nom de chaîne du froid, est mis en place. Ce système nécessite un investissement important en équipements et en infrastructures, ce qui rend son entretien coûteux et rend la chaîne du froid sujette aux retards d’expédition, aux pannes d’électricité, aux défaillances des équipements et à l’erreur humaine.
Pour résoudre les problèmes liés à la chaîne du froid, des chercheurs de la California Polytechnic State University (Cal Poly) ont mis au point une plateforme révolutionnaire pour le stockage et le transport de matériel biologique qui, selon eux, présente un grand potentiel d’utilisation pour les communautés médicales et scientifiques.
Pour développer leur nouvelle plateforme de stockage, les chercheurs se sont inspirés de l’armoire à pharmacie de la maison, où les médicaments sont stockés sous forme de liquides, de capsules remplies de poudre et de comprimés. Ils ont donc entrepris de développer une plateforme basée sur l’humble comprimé qui permettrait de comprimer des matériaux biologiques dans un état solide.
« Tout comme les comprimés ont changé la façon dont nous prenons nos médicaments, la plateforme de stockage à l’état solide ouvre de nouvelles possibilités pour la manipulation et l’utilisation des matériaux biologiques, libérant ainsi le potentiel des thérapies existantes et des biotechnologies émergentes », a déclaré Javin Oza, auteur correspondant de l’étude.
Les tablettes offrent des avantages pour le stockage et la manipulation des biomatériaux, ou produits biologiques, que la chaîne du froid n’offre pas. D’une part, ils peuvent être stockés à température ambiante. D’autre part, lorsqu’ils sont nécessaires, les comprimés peuvent être dissous dans l’eau.
« Notre innovation rend le stockage et l’utilisation des produits biologiques aussi faciles qu’un comprimé d’Alka-Seltzer : il suffit de le laisser tomber dans l’eau, de le mélanger et c’est prêt », assure Javin Oza.
Les chercheurs se sont appuyés sur un système de synthèse protéique acellulaire (CFPS) intégré à leur plateforme de comprimés à l’état solide. La CFPS produit rapidement des protéines à l’aide d’une solution contenant des composants de la machinerie biologique tels que des ribosomes, des enzymes, de l’ADN et des acides aminés, mais sans utiliser de cellules vivantes. La CFPS a été utilisée pour la découverte et la production de produits pharmaceutiques, la création de vaccins à la demande et les biocapteurs qui détectent les agents pathogènes.
Ici, les composants de la réaction CFPS ont été mélangés et une préparation stable a été créée en congelant et en déshydratant le produit congelé sous un vide poussé dans le cadre d’un processus appelé lyophilisation. Le produit a ensuite été pressé pour former une pastille à l’état solide.
À gauche : mélange de CFPS avant et après lyophilisation. Au milieu : Matériau pressé sous forme de pastille à l’état solide. À droite : Dissolution de la pastille lorsqu’elle est placée dans l’eau
Les chercheurs ont pu démontrer que le système à l’état solide était capable de supporter un mélange biochimique complexe. Lorsqu’une pastille contenant la machinerie cellulaire capable de décoder l’information génétique pour fabriquer de l’ARN et des protéines a été ajoutée à de l’eau, elle s’est réactivée et a décodé l’information comme si elle était encore dans la cellule. Ils ont ensuite intégré le système d’édition de gènes CRISPR-Cas9 dans une pastille et ont constaté qu’il était activé de la même manière après avoir été stocké à l’état solide.
Les chercheurs affirment que leur nouvelle méthode de stockage et de manipulation basée sur des tablettes est simple à utiliser et ne nécessite pas de formation spécialisée, ce qui la rend appropriée pour de vastes applications. Par exemple, le stockage à température ambiante de produits thérapeutiques dans des endroits éloignés où la chaîne du froid n’est pas disponible, prêts à être activés à la demande.
Mais ils voient des applications qui vont au-delà de l’amélioration du stockage et de la manipulation des matériaux biologiques. Les modifications apportées aux revêtements des comprimés pourraient aider la plate-forme de stockage à l’état solide à résister à des conditions environnementales extrêmes telles que la chaleur, l’humidité et les produits chimiques. Ce type de modifications pourrait éventuellement permettre aux médicaments injectables tels que l’insuline d’être pris sous forme orale.
https://doi.org/10.1021/acssynbio.3c00111
