Le MIT avance vers des « biothérapeutiques vivantes » pour traiter les maladies gastro-intestinales

Revêtement pour microbes pour traiter les maladies gastro-intestinales

Les ingénieurs chimistes ont créé un revêtement pour les microbes qui pourrait faciliter leur déploiement pour traiter les maladies gastro-intestinales. Crédits : Felice Frankel

Les ingénieurs chimistes ont créé un revêtement pour les microbes qui pourrait faciliter le déploiement des organismes pour traiter les maladies gastro-intestinales.

L’intestin humain abrite des milliers d’espèces de bactéries, et certaines de ces bactéries ont le potentiel de traiter diverses maladies gastro-intestinales. Certaines espèces peuvent aider à combattre le cancer du côlon, tandis que d’autres peuvent aider à traiter ou à prévenir des infections telles que C. difficile.

L’un des obstacles au développement de ces « produits biothérapeutiques vivants » est que de nombreuses espèces qui pourraient être bénéfiques sont endommagées par l’oxygène, ce qui rend difficile leur fabrication, leur stockage et leur distribution. AVEC les ingénieurs chimistes ont maintenant montré qu’ils peuvent protéger ces bactéries avec un revêtement qui les aide à survivre au processus de fabrication.

Dans une étude publiée le 10 décembre 2021 dans le Journal de l’American Chemical Society, les chercheurs ont montré qu’ils pouvaient utiliser le revêtement sur une souche de E. coli ainsi qu’une autre espèce qui peut aider à la digestion des amidons végétaux. Le revêtement pourrait également être appliqué à de nombreuses autres espèces, disent-ils.

“Nous pensons que ce revêtement pourrait être utilisé pour protéger à peu près n’importe quel microbe d’intérêt”, déclare Ariel Furst, professeur de développement de carrière Raymond et Helen St. Laurent en génie chimique et auteur principal de la nouvelle étude. “Nous pensons qu’il existe des microbes qui peuvent aider contre diverses maladies et que nous pouvons les protéger pour la fabrication et la production.”

Le postdoctorant du MIT, Gang Fan, est l’auteur principal de l’étude. Pris Wasuwanich, étudiant de premier cycle au MIT, et Mariela Rodriguez-Otero, ancienne boursière d’été du Laboratoire de recherche sur les matériaux du MIT, sont également les auteurs de l’article.

Revêtement de protection

La plupart des microbes qui vivent dans l’intestin humain sont anaérobies et présentent des degrés variables de sensibilité à l’oxygène. Certains peuvent tolérer un peu d’oxygène, tandis que pour d’autres, l’oxygène est mortel.

Il est donc difficile de tester leur potentiel en tant que traitement des maladies humaines, car les bactéries doivent être lyophilisées et formulées sous forme de gélules pour être utilisées à des fins thérapeutiques. Dans cette étude, Furst et ses collègues ont décidé d’essayer de protéger les bactéries anaérobies en les enduisant d’un matériau composé d’ions métalliques et de composés organiques appelés polyphénols.

Lorsque les polyphénols et les ions métalliques sont mis en solution, ils forment une feuille bidimensionnelle en forme de grille. Pour cette étude, les chercheurs ont utilisé du fer, qui est sans danger pour la consommation humaine, et trois polyphénols qui sont tous classés GRAS (généralement considérés comme sûrs) par la Food and Drug Administration : gaulois acide, l’acide tannique et l’épigallocatéchine, tous présents dans le thé et d’autres produits végétaux.

Si des bactéries sont également ajoutées à la solution, le matériau s’auto-assemble en un revêtement sur des cellules bactériennes individuelles. Ce revêtement protège les bactéries pendant le processus de lyophilisation et de fabrication. Les chercheurs ont montré que les cellules enrobées étaient saines et capables d’exercer des activités cellulaires normales, bien que leur croissance ait été temporairement inhibée.

Lorsqu’il est exposé à un environnement acide, tel que celui de l’estomac, le revêtement se décompose et libère les bactéries.

Déploiement de bactéries

L’une des souches utilisées par les chercheurs pour tester le revêtement est Bacteroides thetaiotaomicron. Cette espèce, qui possède des enzymes spécialisées pour digérer les glucides, semble être plus abondante dans le microbiome intestinal des personnes en bonne santé. Cependant, il a été difficile d’étudier comment ces bactéries pourraient favoriser la santé si elles étaient administrées à titre biothérapeutique, car elles sont très sensibles à l’oxygène.

Les bactéries avec ce type de revêtement protecteur pourraient également être utiles pour des applications agricoles telles que contribuer à rendre les cultures plus tolérantes au stress. Une autre application possible du revêtement est de l’utiliser pour protéger les microbes qui sont utilisés comme vaccins. Le vaccin BCG, qui consiste en la version bovine du microbe responsable de la tuberculose, est difficile à produire et doit être conservé à basse température. Le recouvrir d’une couche protectrice pourrait éliminer le besoin de stockage au froid et faciliter la distribution, explique Furst.

« Si nous pouvions supprimer le besoin de stockage au froid et de transport, nous pensons que cela rendrait beaucoup de thérapies plus largement disponibles », dit-elle.

Référence : « Protection of Anaerobic Microbes from Processing Stressors Using Metal-Phenolic Networks » par Gang Fan, Pris Wasuwanich, Mariela R. Rodriguez-Otero et Ariel L. Furst, 9 décembre 2021, Journal de l’American Chemical Society.
DOI : 10.1021/jacs.1c09018

La recherche a été financée par le MIT-Deshpande Center, le Undergraduate Research Opportunities Program du MIT et le MIT Materials Research Laboratory MRSEC Program de la National Science Foundation.

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