Carrefour de l'actualité

Vous êtes ici

Un grand pas vers la thérapie génique oculaire non virale grâce au laser et à la nanotechnologie

19 novembre 2018 - Source : NOUVELLES

Une avancée scientifique réalisée par le professeur Michel Meunier de Polytechnique Montréal et ses collaborateurs suscite de l’espoir pour les personnes atteintes de glaucome, de rétinite ou de dégénérescence maculaire.

En janvier 2009, la vie de l’ingénieur Michel Meunier, professeur à Polytechnique Montréal, change du tout au tout. Il avait bien constaté, comme d’autres, que l’impulsion extrêmement brève d’un laser femtoseconde (0,000000000000001 seconde) permettait de faire apparaître des trous de dimension nanométrique dans du silicium lorsqu’il est recouvert de nanoparticules d’or. Mais ce chercheur, reconnu à l’international pour ses compétences en laser et en nanotechnologie, décide d’aller plus loin avec ce qui n’était alors qu’une curiosité de laboratoire. Il se demande s’il est possible de passer du silicium au vivant, de l’inorganique à l’organique. Les nanoparticules d’or et le laser femtoseconde, ce « scalpel de lumière », peuvent-ils reproduire le même phénomène avec des cellules vivantes?

Michel Meunier commence à travailler dans son laboratoire de Polytechnique sur des cellules in vitro. La difficulté consiste à réaliser une incision nanométrique dans la membrane extracellulaire des cellules sans la détériorer. Grâce aux nanoparticules d’or qui agissent comme des « nanolentilles », Michel Meunier se rend compte qu’il est possible de concentrer l’énergie lumineuse provenant du laser à une longueur d’onde de 800 nanomètres. Comme il y a très peu d’absorption d’énergie par les cellules à cette longueur d’onde, l’intégrité des cellules est préservée. Pari tenu pour Michel Meunier!

Fort de cette avancée, le Pr Meunier projette alors de travailler sur des cellules in vivo, des cellules qui font partie d’une structure cellulaire complexe vivante, comme l’œil par exemple.

Œil et scalpel de lumière

En avril 2012, le Pr Meunier fait la connaissance de Przemyslaw Sapieha, un spécialiste de l’œil internationalement reconnu, notamment pour ses travaux sur la rétine. « Mike », comme il se fait appeler, est professeur au Département d’ophtalmologie de l’Université de Montréal et chercheur au Centre intégré universitaire de santé et de services sociaux (CIUSSS) de l’Est-de-l’Île-de-Montréal. Immédiatement, il entrevoit le potentiel de cette nouvelle technologie et tout ce qu’il serait possible de faire au niveau de l’œil si on pouvait bloquer les cascades qui surviennent après un élément déclencheur menant, par exemple, au glaucome ou à la dégénérescence maculaire, en étant capable d’injecter des médicaments, des protéines ou même des gènes.

L’utilisation du laser femtoseconde pour traiter l’œil, un organe à la fois très spécialisé et fragile, ne va toutefois pas de soi. L’œil fait partie du système nerveux central, et en tant que tel, beaucoup des cellules ou des familles de cellules qui le composent sont des neurones. Et un neurone, lorsqu’on le tue, ne se reproduit pas, comme c’est le cas avec d’autres cellules. La première tâche de Mike Sapieha est donc de s’assurer qu’il est possible d’intervenir à l’aide du laser femtoseconde dans un ou plusieurs neurones sans les affecter. C’est ce qu’on appelle la « preuve de concept ».
 

Le scalpel de lumière de Polytechnique Montréal.

Le scalpel de lumière de Polytechnique Montréal. Des nanoparticules d’or, qui agissent comme des « nanolentilles », concentrent l’énergie produite par l’impulsion extrêmement brève d’un laser femtoseconde pour créer une incision nanométrique à la surface des cellules de la rétine de l’œil. Cette technologie, qui préserve l’intégrité des cellules, pourra permettre d’injecter efficacement des médicaments ou des gènes dans des zones spécifiques de l’œil, offrant un nouvel espoir aux personnes atteintes de glaucome, de rétinite ou de dégénérescence maculaire.
 

La preuve de concept

Mike et Michel font appel à la postdoctorante en biochimie Ariel Wilson, qui connaît bien les structures de l’œil et les mécanismes de la vision, ainsi qu’au professeur Santiago Costantino et son équipe du Département d’ophtalmologie de l’Université de Montréal et du CIUSSS de l’Est-de-l’Île-de-Montréal pour leur expertise en biophotonique. L’équipe décide d’abord de travailler sur des cellules saines, car on les connaît bien mieux que les cellules malades. On injecte des nanoparticules d’or munies d’anticorps pour cibler des cellules neuronales spécifiques dans l’œil, puis on attend que les nanoparticules se déposent autour des différents neurones ou familles de neurones, comme la rétine. Suite au flash lumineux généré par le laser femtoseconde, le phénomène attendu se produit : de petits trous apparaissent dans les cellules de la rétine de l’œil, permettant d’injecter efficacement des médicaments ou des gènes dans des zones spécifiques de l’œil. Nouveau pari tenu pour Michel Meunier et ses collaborateurs : ces résultats concluants ouvrent maintenant la voie à de nouveaux traitements.

La nouveauté de la technologie mise au point par les chercheurs de Polytechnique et du CIUSSS de l’Est-de-l’Île-de-Montréal est son extrême précision. Avec l’emploi des nanoparticules d’or fonctionnalisées, le scalpel de lumière permet de cibler très précisément l’emplacement de la famille de cellules où le médecin devra intervenir.

La preuve de concept étant démontrée avec succès, Michel Meunier et son équipe ont déposé une demande de brevet aux États-Unis. En outre, ce travail titanesque prend la forme d’une communication validée par un imposant comité de lecture dans la renommée publication Nano Letters au mois d’octobre 2018.

S’il reste beaucoup de recherche à faire, d’abord sur les animaux et ensuite sur les humains – on parle ici d’une dizaine d’années au moins –, cette technologie pourrait faire toute la différence chez une population vieillissante, victime de détérioration oculaire contre laquelle il n’y a pas encore de traitements efficaces à long terme. Elle présente aussi l’avantage d’éviter l’emploi des virus communément utilisés dans les thérapies géniques. Dans la mire de ces chercheurs, on retrouve toutes les maladies de l’œil, et plus particulièrement, le glaucome, la rétinite ou la dégénérescence maculaire. Ce scalpel de lumière, c’est encore du jamais vu!

Cette avancée a été publiée sous le titre « In Vivo Laser-Mediated Retinal Ganglion Cell Optoporation Using KV1.1 Conjugated Gold Nanoparticles » le 4 octobre 2018 dans le journal Nano Letters de l'American Chemical Society par des chercheurs de Polytechnique Montréal et du Centre de recherche de l’Hôpital Maisonneuve-Rosemont. Les auteurs sont : Ariel M. Wilson, Javier Mazzaferri, Éric Bergeron, Sergiy Patskovsky, Paule Marcoux-Valiquette, Santiago Costantino, Przemyslaw Sapieha, Michel Meunier. Pour en savoir plus, consultez l’étude : DOI : 10.1021/acs.nanolett.8b02896.

Ces travaux ont reçu le soutien du Conseil de recherche en science naturelle et en génie, de l’Institut de recherche en santé du Canada et du CQDM, un consortium de recherche biopharmaceutique.
 

Michel Meunier, Ariel Wilson et Przemyslaw (Mike) Sapieha. (Photo : Caroline Perron photographies)

De gauche à droite : Michel Meunier, professeur titulaire à Polytechnique Montréal; Ariel Wilson, postdoctorante à Polytechnique Montréal et au Centre intégré universitaire de santé et de services sociaux (CIUSSS) de l’Est-de-l’Île-de-Montréal; Przemyslaw (Mike) Sapieha, professeur adjoint à l’Université de Montréal et chercheur au Centre intégré universitaire de santé et de services sociaux (CIUSSS) de l’Est-de-l’Île-de-Montréal. (Photo : Carole Perron photographies)

En savoir plus

Fiche d'expertise du professeur Michel Meunier
Site du Département de génie physique de Polytechnique Montréal
Site du Centre de recherche de l'Hôpital Maisonneuve-Rosemont

À lire aussi

INNOVATIO |  29 mai 2012
L'ère de la théranostique  |  Lire
NOUVELLES |  27 septembre 2013
Étienne Boulais, diplômé au doctorat en génie physique à Polytechnique Montréal, lauréat d'Étudiants-chercheurs étoiles du mois de septembre.  |  Lire