De la douche à la mer : prendre conscience des dangers des microplastiques

La pollution par les plastiques est devenue un problème mondial majeur, qui provoque des dommages irréversibles sur l'environnement. Les particules de microplastique (ou microplastiques) sont des morceaux de plastique qui mesurent entre 1 micron et 5 mm. Ces contaminants émergents suscitent de vives inquiétudes. Un rapport publié par l'Organisation mindiale de la santé (OMS) en 2022 au sujet de l'exposition aux microplastiques souligne la nature omniprésente des microplastiques, qui ont été retrouvés dans nos océans, notre air, notre sol, ainsi que dans nos aliments et nos boissons.

Les microplastiques peuvent être générés par des sources primaires ou secondaires. Les microplastiques primaires mesurent moins de 5 mm et peuvent provenir des microbilles présentes dans les cosmétiques et les agents détergents ou des microfibres des textiles synthétiques. Les microplastiques secondaires sont formés par la décomposition des particules de plastique plus grosses et sont plus hétérogènes en termes de taille et de composition. Les microplastiques secondaires peuvent être des débris de pneus de véhicules, des particules libérées par la peinture, des résidus de marquage routier, de revêtements marins et de microfibres.

Il est important d'évaluer les sources, la création et l'évolution des microplastiques pour comprendre pourquoi ils sont si répandus dans l'environnement (Figure 1). En envisageant une approche de cycle de vie du plastique, il est possible d'identifier les principaux points chauds du circuit de production et de consommation, en tenant compte de l'impact potentiel causé par les produits du plastique à chaque stade sur :

• Le climat
• Les écosystèmes
• Santé
• L'économie

Les microplastiques peuvent être absorbés par les organismes par ingestion, inhalation ou exposition cutanée. On pense que les microplastiqus et les produits chimiques et additifs associés entraînent de nombreux effets négatifs sur notre santé dans des domaines comme les maladies inflammatoires chroniques et le cancer. Les preuves des effets des microplastiques sur la vie marine vont d'une réduction de l'alimentation et de la photosynthèse à une baisse de la reproduction. Les microplastiques peuvent même acheminer des composés et des métaux toxiques qui peuvent causer d'autres dégâts.

L'alarme a enfin été déclenchée. Il est temps pour nous de prendre conscience des menaces que représentent les microplastiques. En faisons-nous suffisamment pour nous attaquer à ce problème qui semble insurmontable ?

Tendances des publications sur les microplastiques

Une analyse des données de CAS Collection de contenus™ concernant les microplastiques, les microfibres et les sujets associés a donné lieu à un ensemble final comprenant près de 9 500 articles. Les publications sur les microplastiques ont été multipliées par plus de 30 au cours de la période de 10 ans de 2011 (n=81) à 2021 (n=2 811), tandis que le nombre de brevets est resté stable dans le même temps (Figure 2).

Les données de CAS révèlent que les pays qui sont en tête des publications liées aux microplastiques sont la Chine, suivie des États-Unis, de l'Allemagne, de la Corée du Sud et de l'Italie (Figure 3).

Les cinq principales substances enregistrées dans la recherche sur les microplastiques sont citées : l'homopolymère d'éthène (polyéthylène), le polystyrène, l'homopolymère 1-propène (polypropylène), le polyéthylène térephthalate (PET) et le chlorure de polyvinyle (PVC ; Figure 4). La cellulose est un autre substance importante présentée dans les résultats - paradoxalement, grâce à son utilisation en tant que remplacement des polymères (dans des applications comme l'électronique, la biomédecine et l'élimination des microplastiques) et à sa présence dans les fibres de cellophane et de rayonne en tant que microplastique - sous forme de cellulose régénérée.

La montée du défi des microplastiques

Une question subsiste : que peut-on faire pour combattre les microplastiques dans l'environnement naturel ? Les méthodes proposées spécifiquement pour éliminer les microplastiques des environnements marins comprennent l'exploitation de systèmes de marine, de systèmes de collecte de déchets et même des moules, dont les déjections, en raison de la présence de plastique, flottent à la surface de l'eau. Toutefois, les méthodes de collecte d'eau peuvent être difficiles et les efforts visant à éliminer directement les microplastiques existants de cette manière restent limités.

Les approches réalisables pour empêcher les microplastiques de pénétrer dans l'environnement comprennent l'utilisation des usines de traitement des eaux usées, d'accessoires de blanchisserie dans les machines à laver pour capturer les microfibres et de modification des processus de fabrication de vêtements afin de minimiser la friction ou d'améliorer l'intégrité mécanique des vêtements.

Les mots clés populaires liés à l'élimination des microplastiques dans l'analyse des publications de CAS comprenaient « filtration », « usines de traitement des eaux usées » et « bioréacteur à membrane (BRM) » (Figure 5). Les volumes de publications réunissant la plupart des mots clés ont considérablement augmenté depuis le milieu des années 2010, ce qui semble indiquer qu'il y a eu une réaction immédiate au problème et les recherches liées à l'élimination ont semblé augmenté à un rythme similaire à celui de la recherche sur les microplastiques en général.

Le plus important est peut-être de réduire notre utilisation des plastiques en général. Les alternatives biodégradables ou durables comme les shampooings secs et les éponges en bambou, ainsi que les magasins à zéro déchet et les marques de mode éthiques, connaissent une popularité croissante.

Le combat contre la pollution par les microplastiques nécessitera un engagement à long terme et des efforts concertés de la part des scientifiques, des chercheurs, des entrepreneurs, des gouvernements et du public. Les obstacles aux efforts d'élimination des microplastiques comprennent les inconvénients des données existantes : selon l'OMS, la qualité des preuves n'est pas considérée comme robuste.

D'autres recherches sur le terrain et en laboratoire doivent être entreprises pour caractériser les véritables effets des microplastiques sur la santé, notamment leur conservation dans les tissus et leur élimination des tissus, ainsi que leur activité de liaison. L'affinage des outils d'analyse afin de détecter des particules plus petites (nanoplastiques) est également une priorité.

Même si les experts sont conscients des multiples moyens que nous pourrions utiliser pour nous attaquer au problème des microplastiques, le financement de leur élimination, qui ne génère pas de rentabilité, représente un obstacle majeur. Une assistance financière et un durcissement des lois régissant l'utilisation des plastiques contribueraient à accélérer les progrès vers une économie des plastiques plus durable et un avenir plus propre et plus sain. Pour en savoir plus sur ce sujet, lisez notre rapport Insight sur les microplastiques.

En collaboration avec la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine et la Bibliothèque nationale des sciences de l'Académie chinoise des sciences, cet examen détaillé de la chimie organique synthétique a été publié conjointement dans Organic Letters et le Journal of Organic Chemistry. Cette publication passe en revue les connexions cachées et les nouvelles opportunités issues de CAS Collection de contenus. On a choisi trois domaines de recherche importants : la catalyse des enzymes, la photocatalyse et la chimie verte. Cela aidera les chercheurs et les décideurs à comprendre l'état actuel de l'effort de recherche mondiale dans ce domaine et leur permettra de prévoir les perspectives et les applications potentielles de la synthèse organique à l'avenir.

Bien qu'il s'agisse d'une discipline solidement établie, la chimie organique synthétique n'a cessé de progresser depuis une dizaine d'années, dans le but de répondre aux besoins de la société dans tous les domaines. Il est important de comprendre l'histoire de la synthèse organique en raison de sa signification pour la chimie, la technologie et même l'humanité.

En collaboration avec la Bibliothèque nationale des sciences de l'Académie des sciences chinoise, ce paysage détaillé de la chimie organique synthétique révèle des connexions cachées et de nouvelles opportunités depuis le cœur même de CAS Collection de contenus. En fonction de l'analyse des tendances en termes de publication et de l'examen de l'opinion des experts du domaine, trois secteurs de plus en plus importants de la synthèse organique ont été sélectionnés : la catalyse enzymatique, la photocatalyse et la chimie verte. Ce rapport aidera les chercheurs et les décideurs à comprendre l'état actuel de l'effort de recherche mondiale dans ce domaine et leur permettra de prévoir les perspectives et les applications potentielles de la synthèse organique à l'avenir.

Les exosomes sont un sous-ensemble nanométrique de vésicules extracellulaires libérées par les cellules dans le cadre de leur physiologie normale ou dans certaines pathologies, qui sont englobées dans une membrane lipidique bicouche. Découverts initialement en tant que « poussières de plaquettes » dans le plasma humain, il a été démontré depuis qu'ils sont secrétés par la plupart des cellules eukaryotes, participant à un large éventail de procédés physiologiques et pathologiques.

Dans les blogs précédents, nous avons découvert un aperçu du paysage des exosomes et présenté les manières dont les exosomes pourraient être utilisés dans l'administration de médicaments et les diagnostics. Pour la dernière partie de notre série de blogs en trois parties, nous mettrons en lumière l'ampleur de la recherche sur les exosomes dans ces domaines, en examinant les principaux développements et les perspectives futures dans ce secteur dynamique.

Les principaux intervenants dans la recherche sur les exosomes thérapeutiques

Le nombre de laboratoires qui utilisent des exosomes à des fins thérapeutiques se développe rapidement : des laboratoires précliniques et cliniques font progresser les traitements par exosomes dans leur pipeline. À l'aide de CAS collection de contenus™, la plus grande collection de connaissances scientifiques publiées et organisées par l'Homme, nous avons examiné les maladies ciblées par ces laboratoires thérapeutiques. Nous avons constaté que les maladies ciblées les plus représentées dans la recherche des exosomes sont le cancer, les maladies neurologiques et neurodégénératives, les pathologies pulmonaires et la cicatrisation des plaies, ce qui indique l'existence d'un grand nombre de produits à base d'exosomes dans ces domaines (Figure 1). Même si la plupart des laboratoires de plateformes de recherche sur les exosomes possèdent des portefeuilles couvrant de multiples domaines thérapeutiques (par ex. VivaZome, Avalon Globocare, et Vitti Labs), certains ont tendance à se spécialiser dans un secteur particulier, comme Kimera Labs qui met l'accent sur la régénération de la peau et la cicatrisation des plaies.

Une évaluation des laboratoires qui investissent dans la recherche d'exosomes précliniques démontre que les États-Unis sont en tête, avec un pipeline varié de produits exosomaux thérapeutiques. Un laboratoire de biotechnologie installé en Californie, Capricor Therapeutics, développe de multiples plateformes d'exosomes, notamment des exosomes cellulaires dérivés de cardiosphères, des exosomes synthétisés et un vaccin à base d'exosomes contre la COVID-19. Même si leur plateforme d'exosomes en est encore à la phase préclinique, ils ont présenté des données prometteuses dans plusieurs indications et noué des partenariats avec d'autres établissements universitaires pour faire progresser leur recherche sur les exosomes.

Xollent Biotech est un autre intervenant majeur dans la recherche sur les exosomes, disposant d'un pipeline diversifié de thérapeutiques à base d'exosomes. La polyvalence des exosomes permet des voies d'administration alternatives : les traitements dans le pipeline comprennent un patch intraveineux pour traiter l'infarctus du myocarde, un spray contre l'alopécie et une injection sans aiguille pour combattre le vieillissement de la peau. Parmi les autres laboratoires qui se concentrent sur les cosmétiques, on peut citer Exocel Bio et Florica Therapeutics, qui explorent des thérapies par exosomes dérivées de cellules souches régénératives dans l'esthétique et le vieillissement.

Recherches d'exosomes diagnostiques : les progrès actuels et les orientations futures

Comme nous l'avons vu dans le blog précédent de cette série, les exosomes possèdent plusieurs propriétés qui en font des biomarqueurs idéaux, notamment la durabilité, la spécificité et la sensibilité. En conséquence, l'application des exosomes en tant que biomarqueurs et dans les tests diagnostiques est un domaine qui suscite un intérêt croissant dans la recherche. Même si cette recherche en est encore à ses balbutiements, plusieurs laboratoires ont mené des recherches sur les exosomes précliniques dans ce domaine, en particulier sur le cancer. Parmi les exemples les plus notables, on peut citer Mercy Bioanalytics et son test Halo de détection précoce du cancer, ainsi que les recherches du MD Anderson Cancer Center de l'université du Texas, qui examine l'utilisation d'exosomes en circulation positifs au glypican-1 pour détecter le cancer du pancréas en phase précoce.

Les laboratoires optimisent également les essais diagnostiques dans d'autres domaines thérapeutiques. Par exemple, une collaboration entre l'École de médecine d'Harvard, aux États-Unis, et l'université médicale de Wenzhou, en Chine, utilise une analyse d'exosomes dérivés des larmes par un système d'isolation rapide (iTEARS), qui a présenté un potentiel dans les diagnostics moléculaires de la maladie de l'œil sec et la rétinopathie diabétique. Les maladies neurodégénératives sont également une cible majeure des études sur les biomarqueurs exosomaux. Des chercheurs de l'université de Californie au San Francisco Medical Center ont découvert un panel de biomarqueurs qui pourraient jouer un rôle dans le diagnostic de la maladie d'Alzheimer à apparition précoce.

Thérapies à base d'exosomes dans les essais cliniques

Actuellement, 59 essais cliniques au total sont enregistrés sur https://clinicaltrials.gov pour les thérapies exosomales. Les maladies ciblées par le plus grand nombre de recherches sur les thérapeutiques exosomales comprennent les pathologies pulmonaires (11 essais cliniques), les infections au SARS-CoV-2 (9 essais cliniques), ainsi que le cancer, les cardiopathies et les maladies neurologiques (avec 4 essais cliniques dans chacun de ces domaines). Les essais cliniques mis en évidence concernant ces maladies sont répertoriés dans le Tableau 1. Pour obtenir une liste plus complète des essais cliniques thérapeutiques, reportez-vous à notre rapport Insight sur les exosomes publié récemment.

Tableau 1. Essais cliniques thérapeutiques sur les exosomes mis en évidence

Diagnostics par les exosomes dans les essais cliniques

Actuellement, sur https://clinicaltrials.gov, on dénombre en tout 208 essais cliniques utilisant des exosomes à des fins de diagnostic. Plus de la moitié de ces essais cliniques (108 essais en tout) sont liés au diagnostic du cancer à l'aide des exosomes. Les autres maladies très représentées comprennent les maladies neurologiques (15 essais cliniques), les maladies cardiovasculaires (13 essais cliniques) et les pathologies pulmonaires (6 essais cliniques). Le diagnostic précoce de ces maladies est essentiel pour améliorer le diagnostic. Le grand nombre d'essais cliniques sur les exosomes dans le diagnostic met en évidence la valeur et les avantages de l'utilisation des exosomes dans le diagnostic précoce de la maladie. Le Tableau 2 présente les laboratoires, centres médicaux et universités qui procèdent à des essais sur le diagnostic de ces maladies par les exosomes. Pour obtenir une liste plus complète des essais cliniques diagnostiques, reportez-vous à notre rapport Insight récent au sujet des exosomes.

Tableau 2. Essais cliniques diagnostiques sur les exosomes mis en évidence

Exosomes en tant que maladie cible dans les essais cliniques

L'utilisation des exosomes comme cibles est une autre voie explorée pour le traitement des maladies. Aetholon Medical est un laboratoire clinique basé en Californie qui a conçu un dispositif médical expérimental appelé Hemopurifier. Ciblant les exosomes en circulation, l'Hemopurifier capture les toxines virales, bactériennes et les exosomes cancéreux afin de traiter la maladie. À ce jour, Aetholon a utilisé l'Hemopurifier pour traiter des patients atteints d'Ebola, d'hépatite C, du VIH et de la COVID-19. Ses deux essais cliniques en cours sont présentés dans le Tableau 3.

Tableau 3. Essais cliniques mis en évidence qui ciblent les exosomes (élimination physique) pour le traitement des maladies

Surmonter les obstacles majeurs de la recherche sur les exosomes

Les exosomes constituent un domaine de recherche fascinant et présentent un potentiel énorme à la fois en termes d'utilisation diagnostique et thérapeutique. Toutefois, les applications cliniques des exosomes, même si elles sont très prometteuses, sont actuellement entravées par des lacunes en matière de connaissances. En conséquence, les futurs travaux devront donner la priorité aux mécanismes exacts de la biogenèse et la captation des exosomes et s'efforcer d'élucider leurs interactions avec les cellules cibles. Le tout aidera les chercheurs à faire progresser leur potentiel thérapeutique. Un autre obstacle majeur à surmonter dans la recherche sur les exosomes est constitué par les défis actuels liés à l'isolation des exosomes : le manque de standardisation de ces procédés retarde leur utilité clinique. Enfin, l'ampleur des applications des exosomes dans le pipeline entraînera des problèmes spécifiques de classification réglementaire et de juridiction qui devront être clarifiés pour permettre d'établir des plans de développement.

Malgré des lacunes de connaissances non négligeables qu'il faudra surmonter, la recherche sur les exosomes présente des opportunités majeures pour traiter une multitude de maladies : nous avons beaucoup progressé depuis les poussières de plaquettes.

Pour en savoir plus, lisez notre rapport Insight sur les exosomes publié récemment.

Les exosomes sont un sous-ensemble nanométrique de vésicules extracellulaires libérées par les cellules dans le cadre de leur physiologie normale ou dans certaines pathologies. Dans notre blog précédent consacré à l'évolution exosomale, nous évoquions les progrès de ces nanoparticules naturelles, depuis leur découverte initiale jusqu'à l'essor récent de la recherche sur les vésicules extracellulaires.

Dans la deuxième partie de ce blog en trois volets, nous explorerons d'autres informations extraites de la Collection de contenus CAS™, la plus grande collection organisée par des humains de connaissances scientifiques publiées, récapitulant les applications essentielles de la thérapie par exosomes dans l'administration de médicaments et les diagnostics.

Les tendances croissantes de la recherche sur les thérapies par exosomes

En utilisant CAS Collection de contenus, nous avons analysé la présence et les tendances de certains concepts clés dans les publications scientifiques pertinentes pour les applications d'exosomes dans l'administration de médicaments et les diagnostics (Figure 1). Les mots clés « ciblant » et « biomarqueur » sont arrivés en tête, ce qui témoigne de l'intérêt croissant pour les exosomes dans la thérapeutique. Il est significatif que l'analyse des concepts clés au cours des années 2017-2021 ait révélé une forte hausse du terme « barrière hémato-encéphalique » au cours des deux dernières années, ce qui indique qu'il s'agit d'un sujet majeur dans la recherche de thérapies par exosomes. Comme nous l'avons appris dans la première partie, les exosomes peuvent franchir la barrière hémato-encéphalique. L'aptitude à franchir cette limite extrêmement sélective rend non seulement les exosomes précieux en tant qu'outils de diagnostic, mais pourrait aussi fournir un moyen d'administrer des thérapies dans le cerveau afin de traiter le cancer et les lésions traumatiques du cerveau.

Figure 1. Concepts majeurs dans les publications scientifiques pertinentes pour les applications d'exosomes dans l'administration de médicaments et les diagnostics : (A) Nombre de publications explorant les concepts majeurs liés aux applications des exosomes dans la thérapie et les diagnostics. (B) Tendances dans les concepts clés présentées dans les articles consacrés aux applications de thérapies et de diagnostics par exosomes au cours de la période 2017 - 2021. Les pourcentages sont calculés à partir des nombres de publications annuelles pour chaque concept clé, normalisés par le nombre total de publications concernant le même concept au cours de la même période.

La première étape vitale de la thérapie par exosomes : isolation et purification des exosomes

Avant de pouvoir être utilisés dans la pratique médicale à grande échelle, il est essentiel de distinguer avec précision les nanoparticules que sont les exosomes dans un large spectre de débris cellulaires et de composants parasites. Il n'existe pas d'approche standardisée unique de la séparation et de l'analyse des exosomes. Chaque approche présente des points forts et des limites uniques (résumés dans le Tableau 1). Alors que l'ultracentrifugation était autrefois considérée comme la référence absolue, depuis quelques années, les méthodes de précipitation et de microfluidique se sont avérées plus populaires en raison de leur aptitude à purifier les exosomes sans provoquer de dommages potentiels (Figure 2). Une combinaison de plusieurs de ces méthodes a été suggérée comme une stratégie prometteuse pour améliorer les résultats en termes d'isolation. Cela a pour but de fournir des sous-ensembles d'exosomes présentant un niveau élevé de pureté en matière de taille, de morphologie, de concentration, de présence de marqueurs enrichis en exosomes et d'absence de contaminants.

Tableau 1. Principales méthodes d'isolation/de purification des exosomes

Figure 2. Tendances et nombre de documents consacrés aux applications de thérapies et de diagnostics par exosomes concernant différentes méthodes d'isolation des exosomes au cours de la période 2014-2021. Les pourcentages sont calculés à partir des nombres de publications annuelles pour chaque méthode d'isolation, normalisés par le nombre total de publications concernant la même méthode d'isolation au cours de la même période.

Thérapie par exosomes et administration des médicaments

Une fois les exosomes extraits et purifiés, comment les transformer en systèmes efficaces d'administration des médicaments ? Heureusement, les exosomes sont faits pour ce rôle, alliant les avantages des nanotransporteurs synthétiques et des systèmes d'administration de médicaments induits par les cellules, tout en évitant leurs limites. La première étape de l'exploitation de ces propriétés est le « chargement de la cargaison », le processus consistant à remplir les exosomes de matériaux thérapeutiques. Plusieurs méthodes de chargement de cargaison ont été employées à cette fin, chacune présentant ses avantages et ses inconvénients (Tableau 2).

Tableau 2. Techniques de chargement de cargaison

En tant que messagers entre cellules, les exosomes jouent un rôle essentiel dans différents processus physiologiques. À ce titre, les exosomes secrétés par différents tissus et cellules démontrent des propriétés uniques. Par exemple, les exosomes dérivés de tumeurs se sont avérés affecter certaines propriétés tumorales telles que la croissance, l'angiogenèse, l'invasion et la métastase. À l'inverse, les exosomes issus de cellules souches mésenchymateuses (MSC) possèdent des propriétés qui les rendent idéales en tant qu'adjuvants pour soutenir et compléter d'autres modalités thérapeutiques. En fait, un laboratoire américain, Direct Biologics, étudie l'utilité de l'ExoFlo thérapeutique dérivé des MSC dans des essais cliniques portant sur la colite ulcéreuse, le rejet des organes solides et la COVID-19, pour ne citer que quelques exemples.

Même si les applications potentielles de la thérapie par exosomes sont très vastes, le domaine de recherche exosomale de loin le plus courant est le cancer, suivi de l'inflammation et de l'infection. En analysant la corrélation entre les cellules donneuses d'exosomes et les maladies auxquelles ils sont appliqués, on voit apparaître un modèle clair. Les cellules présentatrices d'antigènes et les cellules tueuses naturelles sont les plus fréquemment utilisées dans les études sur le cancer. Les macrophages et les cellules souches sont plus couramment utilisés dans le cas de l'inflammation, alors que les cellules présentatrices d'antigène et les lymphocytes-T sont souvent utilisés contre l'infection (Figure 3).

Figure 3. La corrélation entre les cellules donneuses d'exosomes et les maladies auxquelles les exosomes ont été appliqués lors des études liées à la thérapie par exosomes et aux diagnostics, telle que représentée par le nombre de documents figurant dans CAS Collection de contenus.

Les applications ciblées variées de la thérapie par exosomes

Une autre application notable et en expansion rapide des exosomes concerne leur utilisation en tant qu'agents thérapeutiques. Des systèmes exosomaux ont été utilisés en tant qu'outils thérapeutiques ou diagnostiques contre un large éventail de troubles. Notre analyse de CAS collection de contenus démontre que la plupart des publications (68 %) consacrées à la thérapie par exosomes sont associées au cancer. Les microARN des exosomes (MiRNA) ont démontré leur aptitude à inhiber la prolifération, la migration et l'invasion des cellules cancéreuses. Cette approche a été explorée dans différents sous-types de cellules malignes, notamment celles du cancer de la vessie, du cancer colorectal et du cancer du sein. Les exosomes présentent aussi un potentiel thérapeutique considérable contre les maladies neurodégéneratives, inflammatoires et cardiovasculaires, lesquelles sont également représentées (Figure 4).

Figure 4. Répartition des publications de CAS Collection de contenus consacrées aux applications de la thérapie et des diagnostics par exosomes concernant les maladies ciblées.

Dans la mesure où les exosomes sont impliqués dans la pathogenèse de maladies telles que le cancer, une stratégie thérapeutique efficace pourrait passer par la réduction de la production et de la circulation élevées des exosomes à des niveaux normaux pour prévenir la progression de la maladie. Plusieurs études en cours étudient les impacts de la modulation de la voie thérapeutique des exosomes à différentes étapes, notamment leur production, leur libération et leur absorption. L'élimination physique des exosomes a également été examinée contre les cellules cancéreuses, les chercheurs supposant que cette élimination pourrait entraver la communication entre les cellules tumorales qui contribue à la progression des tumeurs.

Utilisations diagnostiques des exosomes

Pour être utilisable pour un usage clinique, un biomarqueur doit démontrer plusieurs propriétés. Il doit être facilement accessible, économique, spécifique, hautement sensible et mesurable. Compte tenu de leurs propriétés uniques, les exosomes réunissent déjà plusieurs de ces caractéristiques, démontrant une supériorité par rapport aux biomarqueurs classiques à base de sérum, en particulier en termes de sensibilité et de précision.

L'utilisation d'exosomes dans cette voie thérapeutique présente plusieurs avantages. Tout d'abord, comme le statut pathologique des cellules affecte considérablement le contenu des exosomes (comme on l'a observé dans le cas de la maladie d'Alzheimer), l'étude de ces vésicules extracellulaires pourrait fournir une fenêtre sur l'état de pathologie des tissus. Ils présentent également une stabilité innée, avec une bicouche lipidique qui leur permet de supporter la dégradation, même dans des micro-environnements hostiles. En termes d'utilisation pratique, les exosomes peuvent être isolés facilement et de manière non invasive dans des fluides biologiques tels que l'urine, le sang et même les larmes. Une fois extraits, ils peuvent être stockés par congélation, lyophilisation ou séchage par pulvérisation. Enfin, contrairement à de nombreux biomarqueurs sériques classiques, les exosomes peuvent traverser la barrière hémato-encéphalique, fournissant des informations au sujet des cellules du cerveau qui seraient autrement difficiles à obtenir. Plusieurs candidats biomarqueurs de protéines (Tableau 3) et biomarqueurs d'acides nucléiques (Tableau 4) exosomaux sont actuellement à l'étude. Pour accéder à la liste complète de ces biomarqueurs, reportez-vous à notre publication de l'ACS, Exosomes – Nature’s Lipid Nanoparticles, A Rising Star in Drug Delivery and Diagnostics (Exosomes - Les nanoparticules lipidiques de la nature, étoiles montantes de l'administration de médicaments et des diagnostics).

Tableau 3. Exemples de protéines exosomales dans des applications diagnostiques cliniques

Tableau 4. Les miARN exosomaux en tant qu'agents thérapeutiques et diagnostiques du cancer

L'intérêt des exosomes en tant que biomarqueurs est reflété par la croissance considérable du nombre de documents concernant les applications de la thérapie et des diagnostics par exosomes, comme le révèle l'analyse de CAS Collection de contenus (Figure 5). Même s'il semble au premier abord que les documents consacrés aux thérapeutiques soient les plus nombreux, le pourcentage général de documents est également réparti entre les deux applications.

Figure 5. Application diagnostique ou thérapeutique des exosomes : (A) Comparaison du nombre de documents liés aux applications thérapeutiques vs diagnostiques des exosomes ; Encadré : Croissance annuelle du nombre de documents concernant les applications thérapeutiques vs diagnostiques des exosomes. (B) Comparaison du nombre de documents liés aux applications thérapeutiques vs diagnostiques des exosomes en ce qui concerne les indicateurs de leur rôle (THU, thérapeutique ; DGN, diagnostique).

Même si les recherches actuelles sur la thérapie par exosomes sont prometteuses, de nombreuses études restent en phase préclinique. Cela dit, sommes-nous proches d'une utilisation du plein potentiel des exosomes dans la thérapeutique et les diagnostics ? Quels sont les obstacles et les défis qui se dressent sur notre chemin ? Dans notre dernier article de cette série, nous découvrirons les acteurs majeurs de la recherche sur les exosomes et des mises à jour sur les initiatives de recherche clés dans ce domaine fascinant et dynamique. En attendant, vous pourrez en savoir plus dans notre rapport Insight sur les exosomes.

Le rythme de l'innovation ne ralentit jamais et l'impact de ces progrès scientifiques redéfinira notre manière de vivre, de travailler et de nous connecter avec le monde qui nous entoure.  

Vous souhaitez garder une longueur d'avance sur les tendances émergentes ? 

Une nouvelle ère dans l'exploration spatiale

Est-il nécessaire de vous rappeler l'immensité incroyable de notre univers ? Les toutes premières photos prises par le télescope spatial James Webb sont impressionnantes. Bien qu'il s'agisse du télescope le plus techniquement avancé et le plus puissant jamais construit, les enseignements qu'il nous apporte sur notre univers aboutiront à de futures missions et explorations pour les générations à venir. Récemment, une nouvelle mission vers la Lune a été lancée dans le cadre du programme Artemis de la NASA, qui ouvrira la voie vers une future mission vers Mars. Cette nouvelle ère de l'exploration spatiale entraînera des progrès technologiques dans des domaines qui vont au-delà de l'astronautique et stimuleront les progrès dans des applications concrètes telles que les matériaux, la science alimentaire, l'agriculture et même les cosmétiques.

Un jalon dans les prédictions concernant l'IA

Depuis des décennies, la communauté scientifique s'efforce de mieux comprendre les relations entre les fonctions des protéines et les structures en 3D. En juillet 2022, Deep Mind a révélé que la structure en 3D pliée d'une molécule de protéine peut être prédite à partir de sa séquence linéaire d'acides aminés à l'aide des algorithmes AlphaFold2, RoseTTAFold et trRosettaX-Single. Les prédictions des algorithmes ont réduit le nombre de protéines humaines aux données structurelles inconnues de 4 800 à seulement 29. Même si l'IA présentera toujours des défis, l'aptitude à prédire les structures des protéines entraîne des implications dans toutes les sciences de la vie. Les principaux défis futurs comprennent la modélisation des protéines avec des propriétés intrinsèques désordonnées et de celles qui modifient les structures par des modifications post-traductionnelles ou en fonction des conditions environnementales. Au-delà de la modélisation des protéines, les progrès de l'IA continuent à transformer et à développer les capacités de découverte dans de nombreux secteurs et disciplines.

Développement des tendances de la biologie synthétique

La biologie synthétique a le potentiel de redéfinir les voies de la synthèse en utilisant des systèmes d'ingénierie biologique (tels que les microorganismes, pour lesquels une grande partie ou l'intégralité du génome a été conçue ou pensée) afin de fabriquer un certain nombre de biomolécules et de matériaux tels que des thérapies, des arômes, des tissus, des aliments et des carburants. Par exemple, on pourrait produire de l'insuline sans recourir au pancréas de porc, du cuir sans vaches et de la soie d'araignée sans araignées. Le potentiel dans les sciences de la vie seulement est incroyable, mais lorsqu'elle est appliquée aux industries de fabrication, la biologie synthétique pourrait minimiser les défis futurs pour la chaîne d'approvisionnement, augmenter l'efficacité et créer de nouvelles opportunités pour les biopolymères ou des matériaux alternatifs en adoptant des approches plus durables. Aujourd'hui, les équipes utilisent la modélisation métabolique basée sur l'IA, les outils CRISPR et les circuits génétiques synthétiques pour contrôler le métabolisme, manipuler l'expression génique et créer des voies pour la bioproduction. Tandis que cette discipline commence à se propager dans de multiples secteurs, les derniers développements et les tendances émergentes pour le contrôle du métabolisme et les défis de l'ingénierie ont été présentés dans un article du Journal of Biotechnology en 2022.

La métabolomique unicellulaire devrait prendre son essor

Même si de nombreux progrès ont été réalisés dans le séquençage et la cartographie génétique, la génomique nous indique seulement ce dont une cellule est capable. Afin de mieux comprendre les fonctions cellulaires, les approches de protéomique et de métabolomique offrent différents angles pour révéler des profils moléculaires et des voies cellulaires. La métabolomique unicellulaire donne un aperçu du métabolisme cellulaire au sein d'un système biologique. Le défi tient au fait que les métabolomes évoluent rapidement et que la préparation d'échantillons est essentielle pour comprendre la fonction cellulaire. Collectivement, une série de progrès récents dans la métabolomique unicellulaire (qu'il s'agisse de techniques en open-source, des algorithmes d'IA avancés, des préparations d'échantillons ou de nouvelles formes de spectrométrie de masse) démontre l'aptitude à réaliser des analyses de spectre de masse. Cela permet aux chercheurs de déterminer la population de métabolytes cellule par cellule, ce qui déverrouillerait un énorme potentiel pour les diagnostics. À l'avenir, cela pourrait aboutir à une aptitude à détecter une seule cellule cancéreuse dans un organisme. Associée à de nouvelles méthodes de détection des biomarqueurs, aux dispositifs médicaux portables et à l'analyse des données assistée par IA, cette gamme de technologies améliorera les diagnostics et les vies.

Les nouveaux catalyseurs favorisent une production d'engrais plus verts

Chaque année, des milliards de personnes dépendent des engrais pour la production ininterrompue de nourriture et la réduction de l'empreinte carbone et des dépenses en production d'engrais transformerait l'impact de l'agriculture sur les émissions. Le procédé Haber-Bosch pour la production d'engrais convertit l'azote et l'hydrogène en ammoniac. Pour réduire les besoins en énergie, les chercheurs de Tokyo Tech ont développé un catalyseur de nitrures sans métaux nobles qui contient un métal de transition catalytiquement actif (Ni) sur un support de nitrure de lanthane stable en présence d'humidité. Comme le catalyseur ne contient pas de ruthénium, il représente une option économique pour réduire l'empreinte carbone de la production d'ammoniac. Le support La-IA-N, associé à des métaux actifs comme le nickel et le cobalt (Ni, Co), produisait du NH3 à des vitesses similaires à celles des catalyseurs traditionnels à nitrure de métal. Pour en savoir plus sur la production d'engrais durables, lisez notre dernier article.

Progrès de la médecine à ARN

Même si l'utilisation de l'ARNm dans les vaccins contre la COVID-19 a suscité un grand intérêt, la véritable révolution de la technologie de l'ARN ne fait que commencer. Un nouveau vaccin contre la grippe à base d'ARNm modifié par des nucléosides multivalents a été développé récemment. Ce vaccin a le potentiel de construire une protection immunitaire contre n'importe lequel des 20 sous-types connus du virus de la grippe et de protéger contre les épidémies futures. De nombreuses maladies génétiques rares constituent la cible suivante pour les thérapies à ARNm, car il leur manque souvent une protéine vitale qui pourrait être réparée en remettant en place une protéine saine dans le cadre d'une thérapie par ARNm. Outre les traitements par ARNm, le pipeline clinique compte de nombreux candidats thérapeutiques à base d'ARN visant de multiples formes de cancers et de pathologies sanguines et pulmonaires. L'ARN est hautement ciblé, polyvalent et facile à personnaliser, ce qui permet de l'utiliser contre un large éventail de maladies. Pour en savoir plus sur le pipeline clinique très chargé et les tendances émergentes des technologies de l'ARN, lisez notre dernier rapport CAS Insights.

Transformation squelettique rapide

Au sein de la chimie synthétique, le défi lié à l'échange sûr d'un seul atome dans une trame moléculaire ou à l'insertion et à l'élimination d'atomes uniques dans un squelette moléculaire était considérable. Bien que de nombreuses méthodes aient été développées pour fonctionnaliser des molécules avec des substituants périphériques (comme l'activation C-H), l'une des premières méthodes pour procéder à des modifications d'un seul atome sur les squelettes de composés organiques a été développée par le groupe de Mark Levin à l'université de Chicago. Cela permet une scission sélective du lien N-N des cœurs de pyrazole et d'indazole pour produire des pyrimidines et des quinazolines. Un développement supplémentaire des méthodes d'édition squelettique permettrait une diversification rapide des molécules disponibles dans le commerce, ce qui entraînerait des découvertes beaucoup plus rapides de molécules fonctionnelles et de candidats médicaments idéaux.

Progrès de la régénération des membres

On prévoit que plus de 3,6 millions de personnes seront affectées chaque année par la perte d'un membre d'ici à 2050. Pendant très longtemps, les scientifiques ont pensé que l'élément clé unique permettant la régénération des membres était la présence de nerfs. Toutefois, les travaux menés par le Dr Muneoka et son équipe ont démontré l'importance de la charge mécanique pour la régénération des doigts chez les mammifères et prouvé que l'absence d'un nerf n'empêche pas la régénération. Les progrès de la régénération des membres ont également été obtenus par les chercheurs de l'université Tufts qui ont utilisé l'administration de plusieurs médicaments aigus via un bioréacteur portable pour activer avec succès la régénération des membres chez les grenouilles. Ce succès précoce pourrait éventuellement aboutir à de nouveaux progrès dans la réingénierie de tissus plus complexes, lesquels pourraient profiter aux anciens combattants, aux diabétiques et autres personnes affectées par des amputations et des traumatismes.

La fusion nucléaire génère plus d'énergie nette avec l'allumage

La fusion nucléaire est le processus qui alimente le soleil et les étoiles. Pendant des décennies, on a pensé que répliquer la fusion nucléaire sur terre en tant que source d'énergie pourrait en théorie permettre de répondre à tous les besoins futurs de la planète en termes d'énergie. L'objectif est de forcer les atomes de lumière à entrer en collision avec une telle puissance qu'ils fusionneraient et libéreraient plus d'énergie qu'ils n'en consomment. Toutefois, pour surmonter le problème de la répulsion électrique entre les noyaux positifs, il faut atteindre des températures et des pressions très élevées. Une fois ce problème surmonté, la fusion libère une grande quantité d'énergie, ce qui pourrait aussi entraîner la fusion des noyaux proches. Les tentatives antérieures de déclenchement de la fusion utilisaient des champs magnétiques et des lasers puissants, mais ne permettaient pas de générer plus d'énergie qu'elles n'en consommaient.

Les chercheurs de l'Ignition Facility du Lawrence Livermore National Laboratory ont rapporté que l'équipe avait réussi à initier une fusion nucléaire, qui avait généré 3,15 mégajoules d'énergie à partir du laser de 2,05 mégajoules utilisé. Même s'il s'agit d'une avancée monumentale, la réalité d'une usine de fusion nucléaire opérationnelle qui alimenterait notre réseau électrique pourrait n'apparaître que dans plusieurs décennies. Il faudra surmonter des obstacles majeurs à la mise en œuvre (évolutivité, sécurité de la centrale, énergie requise pour générer le laser, traitement des déchets, etc.) avant que ce projet ne devienne réalité. Toutefois, la percée que représente le déclenchement de la fusion nucléaire constitue un jalon majeur qui ouvrira la voie aux progrès futurs qui pourront s'appuyer sur cette réalisation.

Pour obtenir des perspectives uniques sur un secteur émergent de la science, ce rapport CAS Insight révèle des jalons historiques, de nouvelles applications et des tendances émergentes figurant dans CAS Collection de contenus™. Les exosomes sont les nanoparticules lipidiques de la nature et leurs propriétés physiques uniques libéreront à l'avenir de nouvelles applications dans le développement et l'administration de médicaments et dans les diagnostics.

Au cours des dernières années, les nanoparticules lipidiques se sont fait connaître pour leur rôle dans les vaccins à ARNm, mais les exosomes sont souvent surnommés les « nanoparticules lipidiques de la nature ». En tant que sous-ensemble de vésicules extracellulaires, ils pourraient transformer les domaines futurs de l'administration de médicaments et des diagnostics. Leurs propriétés physiques uniques (stabilité innée, biocompatibilité et aptitude à franchir la barrière hémato-encéphalique) offrent de nombreux avantages pour l'avenir.

Cette publication révisée par des pairs et publiée dans ACS Nano utilise CAS Collection de contenus pour examiner les avantages multifacettes des exosomes dans le développement de médicaments et les diagnostics. Cela comprend un examen des percées historiques, l'utilisation potentielle en tant que véhicule d'administration et un rôle émergent dans les diagnostics.