Une équipe du Centre national de recherches oncologiques (CNIO) a créé deux nanoparticules protéiques qui pourraient, à l’avenir, servir à transporter des médicaments dans l’organisme ou comme « échafaudage » pour les vaccins, grâce à une méthode qui permet d’obtenir des structures très précises et qui facilite une production industrielle.
Le travail, dirigé par le groupe de Roger Castells-Graells au CNIO, fait la une du ‘Journal of the American Chemical Society’ (JACS). Les nanoparticules, ou « nanocages », mesurent à peine 15 nanomètres de diamètre, ce qui signifie qu’il faudrait environ 5 000 d’entre elles alignées pour couvrir l’épaisseur d’un cheveu.
« Elles peuvent servir autant au transport de médicaments qu’à agir comme échafaudage pour les vaccins, par exemple », a indiqué Castells-Graells sur leurs applications potentielles. Le chercheur a précisé dans ce dernier cas que la nano-structure agit comme un support sur lequel monter des molécules qui alertent les ennemis, qu’il s’agisse de virus ou de cellules tumorales; ces antigènes restent ainsi exposés au système immunitaire, qui les reconnaît et génère une réponse défensive.
Cependant, il a souligné que ce type d’usages est encore loin d’être réalisable, car les structures créées restent à évaluer expérimentalement.
Au CNIO, on met en valeur leur construction, qui n’est pas facile car, outre le choix des pièces et la façon de les connecter, la structure n’est visible qu’au microscope électronique et il n’est pas possible de prendre les pièces. En fait, ces nanoparticules s’assemblent d’elles-mêmes.
Il est important de savoir comment les pièces s’emboîtent et jusqu’où leurs liaisons peuvent se plier car une légère déviation peut déformer l’ensemble ou empêcher sa fermeture. L’équipe s’est appuyée sur l’intelligence artificielle pour résoudre ce problème et, dans ces nouvelles nanoparticules, 12 pièces doubles s’assemblent pour fermer l’armature.
« Ces fusions sont quelque peu compliquées car nous devons faire en sorte que le début et la fin de chacune s’emboîtent parfaitement », a indiqué Castells-Graells, qui a détaillé qu’ils ont réalisé cette fusion « au moyen d’une hélice flexible » et, ensuite, utilisé « des outils d’intelligence artificielle pour permettre à cet assemblage de fonctionner avec une certaine flexibilité ».
UN SEUL COMPOSANT
Ces nanoparticules protéiques présentent l’innovation d’être construites à partir d’un seul composant, un avantage pour une production à plus grande échelle. « Si nous souhaitons les déployer dans l’industrie pharmaceutique ou biotechnologique, disposer de nombreuses pièces séparées peut compliquer la production, car parfois l’une se produit mieux que l’autre », a précisé le chercheur.
Concrètement, l’équipe a sélectionné des protéines à structure connue dans la Protein Data Bank (PDB), une base de données internationale de structures tridimensionnelles de molécules biologiques, et a calculé jusqu’où les liaisons pouvaient se plier en se basant sur les courbures observées dans les protéines naturelles.
Par la suite, ils ont utilisé l’outil d’apprentissage automatique ‘ProteinMPNN’ pour sélectionner les acides aminés, les molécules qui forment les protéines, qui aideraient à maintenir les liaisons stables.
À partir de 15 conceptions, les chercheurs ont testé 45 variantes en laboratoire. Ils ont produit les protéines dans des bactéries, les ont purifiées et ont sélectionné trois variantes, correspondant à deux nouvelles nanoparticules, afin d’examiner leur structure en détail.
La cryo-microscopie électronique de haute résolution (cryo-EM) a permis de reconstruire leur forme et d’observer avec précision, à l’échelle atomique, comment les pièces s’étaient organisées. De même, ils ont confirmé que les liaisons adoptaient une courbure proche de celle calculée, ce qui soutient la méthode utilisée pour les concevoir et permet d’identifier où se produisent les déviations.
