Représentation graphique de comprimés de produits biologiques à l’état solide se dissolvant dans l’eau (à gauche), activant la machinerie biologique pour la fabrication à la demande (à droite). Crédit : Conçu par Ehsan Faridi et Ehsan Keshavarzi (Inmywork Studio)
Cette percée a des applications potentielles dans les soins de santé et la recherche scientifique.
Des chercheurs ont mis au point une nouvelle technique pour stocker des substances biologiques comme ARN et des protéines sous forme solide. Ce stockage à l’état solide ressemble à la forme d’une pilule ou d’un comprimé, qui peut être dissous dans l’eau en cas de besoin. Cette approche révolutionnaire répond aux défis actuels de la préservation et de la gestion des produits extraits de cellules vivantes, vitaux pour divers projets de recherche médicale et scientifique.
Les matériaux biologiques, essentiels à la création de nouveaux médicaments et outils pour les tests de diagnostic, tels que l’ARNm, les enzymes et les anticorps, sont particulièrement vulnérables aux variations des conditions environnementales pendant le stockage, le transport et l’utilisation. Un stockage et une manipulation inappropriés peuvent les amener à se détériorer ou à perdre leur fonctionnalité, posant des obstacles importants à leur disponibilité dans les régions aux ressources limitées ou mal desservies.
Par exemple, le déploiement du vaccin Pfizer COVID a été limité en vitesse et en ampleur en raison du besoin de congélateurs pour le stockage et le transport. Plus généralement, même lorsque l’infrastructure de réfrigération est présente, des pannes se sont produites dans plus de 10 % des cas, entraînant des pertes annuelles de plus de 35 milliards de dollars selon l’Institut IQVIA pour la science des données humaines.
Pour surmonter certaines des principales limitations, des chercheurs de la California Polytechnic State University (Cal Poly) à San Luis Obispo, en Californie, ont développé une nouvelle méthode de stockage des matériaux biologiques avec un vaste potentiel d’utilisation par les communautés scientifiques et médicales.
Lorsque la plupart d’entre nous ouvrons nos armoires à pharmacie, nous trouvons des médicaments pharmaceutiques stockés sous des formes telles que des liquides, des poudres conditionnées en gélules, des pilules et des comprimés. Les produits pharmaceutiques ont prouvé que chaque forme joue un rôle important dans la façon dont le médicament est stocké et utilisé.
A quelques exceptions près, les matières biologiques telles que les médicaments, se limitent actuellement à être stockées sous forme de liquides congelés ou réfrigérés et de poudres lyophilisées. L’absence d’un formulaire de type tablette a limité le champ, ce qui rend souvent difficile l’accès aux emplacements et aux utilisateurs où ils sont nécessaires.
« Tout comme les comprimés ont changé la façon dont nous prenons les médicaments, la plate-forme de stockage à l’état solide ouvre de nouvelles possibilités pour la façon dont nous manipulons et utilisons les matériaux biologiques, libérant le potentiel des thérapies existantes et des biotechnologies émergentes », a déclaré le Dr Javin Oza, professeur agrégé en chimie et biochimie, qui ont mené les recherches sur la nouvelle plate-forme de stockage.
La plupart des matériaux biologiques doivent être stockés sous forme de liquides qui sont congelés dans des congélateurs pendant toute la durée de leur durée de conservation. En tant que société, nous y parvenons grâce à un système complexe et intégré de réfrigérateurs et de congélateurs, connu sous le nom de chaîne du froid. Ces dernières années, de nombreuses équipes de recherche, dont le groupe de Cal Poly, ont fait des progrès dans la lyophilisation des matériaux biologiques, ce qui a amélioré leur stockage et leur manipulation, mais l’utilisation de la lyophilisation reste limitée.
Le stockage à l’état solide des produits biologiques représente la prochaine grande étape, car les comprimés offrent des avantages uniques pour mieux préserver le matériau qu’ils encapsulent. Par exemple, l’innovation permet aux chercheurs de conditionner des matériaux biologiques dans des comprimés qui peuvent être stockés sur une étagère à température ambiante et ajoutés à de l’eau à dissoudre pour une utilisation à la demande. En plus d’assurer la stabilité et l’activité des matériaux biologiques, le stockage à l’état solide a été développé pour garantir que les comprimés se désintègrent et se dissolvent rapidement dans l’eau.
« Notre innovation rend le stockage et l’utilisation des produits biologiques aussi simples qu’un comprimé Alka-Seltzer, il suffit de le déposer dans l’eau, de le mélanger et c’est prêt à l’emploi », a ajouté Oza.
Pour tester la capacité de la plate-forme de stockage à l’état solide à prendre en charge un mélange complexe de produits biologiques, l’équipe a démontré que la machinerie cellulaire capable de décoder les informations génétiques pour fabriquer de l’ARN et des protéines peut être stockée à l’état solide. Lorsqu’il est ajouté à l’eau, la machinerie se réactive pour décoder l’information génétique comme si elle était encore dans la cellule. L’équipe est également allée plus loin pour démontrer que les outils biotechnologiques émergents tels que CRISPR peuvent être activés après stockage à l’état solide.
Les résultats de l’équipe démontrent un potentiel pour un large éventail d’applications. La capacité de stocker des produits biologiques à température ambiante et de les activer à la demande pourrait être utile pour fournir des produits thérapeutiques dans des endroits éloignés où la chaîne du froid n’est pas disponible. Par exemple, on pourrait envisager une production portable et à la demande de vaccins dans des endroits éloignés. La plate-forme pourrait également être utilisée pour les tests de diagnostic de n’importe quoi de COVID 19 du dépistage au test des contaminants des eaux usées, simplement en changeant la composition des pastilles. Pour une utilisation sur le terrain, le stockage à semi-conducteurs a l’avantage supplémentaire d’être simple à utiliser, réduisant le besoin de formation spécialisée des techniciens, améliorant encore l’accès au point de besoin.
D’autres améliorations de la plate-forme seront nécessaires pour répondre à des cas d’utilisation spécifiques. Les chercheurs prévoient que des modifications supplémentaires telles que des revêtements pourraient aider le stockage à semi-conducteurs à mieux résister aux environnements extrêmes tels que la chaleur, l’humidité et les produits chimiques. De plus, des améliorations continues des traitements et des revêtements des produits biologiques à l’état solide pourraient conduire à des comprimés de médicaments biologiques qui peuvent être pris par voie orale plutôt que par injections. En cas de succès, des médicaments tels que insuline et Humira (traitement immunosuppresseur de l’arthrite) pourrait un jour être pris par voie orale plutôt que par injections, améliorant ainsi la qualité de vie de millions de personnes.
Étant donné que le domaine de la biotechnologie se développe rapidement, les impacts potentiels s’étendent au-delà des soins de santé et à la biofabrication, à l’éducation et à la recherche. L’innovation est également susceptible d’avoir un impact sur la manière dont les produits biologiques sont transportés dans le monde et dans l’espace pour la production à la demande de thérapies vitales.
