La durabilité du système mondial de brevets est sous pression en raison de la croissance rapide du volume et de la complexité des demandes de brevet. Dans les pays où la croissance des dépôts de brevets est la plus rapide, les lacunes de capacité retardent le traitement des demandes, mettent en danger la qualité des brevets, réduisent la satisfaction des clients et ralentissent le rythme de l'innovation et de l'investissement.

Accroissement de la ponctualité des demandes et de la qualité des brevets

La réduction des retards dans les demandes de brevet est une priorité commune à tous les offices de brevets qui s'efforcent d'améliorer la satisfaction de leurs clients et de favoriser l'innovation. Les retards de traitement engendrent une incertitude juridique pour les inventeurs et les rendent méfiants lorsqu'il s'agit d'investir. L'un des plus éminents avocats brésiliens spécialistes des brevets, Juliano Ryota Murakami, partenaire du cabinet Gusmao & Labrunie, a souligné les risques pour les parties prenantes de la PI :

« Les retards excessifs dans l'examen des brevets nuisent à l'innovation et au développement économique d'un pays. Ils découragent les entreprises de demander une protection légale pour leurs inventions car, une fois que le brevet est enfin accordé, la technologie protégée peut être complètement dépassée et obsolète. Ils provoquent aussi une incertitude au sujet de l'exclusivité de la reproduction et de la commercialisation potentielle des inventions. »

La charge de garantir la ponctualité des demandes et la qualité des brevets incombe en grande partie aux examinateurs de brevets et dépend de leur aptitude à trouver rapidement les techniques antérieures pour accélérer les examens. Toutefois, les recherches de techniques antérieures sont fastidieuses et nécessitent des stratégies de recherche complexes et une expertise approfondie du domaine.

Une analyse par l'OEB de l'activité de recherche par son personnel indique qu'une recherche complète sur une demande de brevet puise dans 1,3 milliard d'enregistrements techniques dans 179 bases de données, ce qui aboutit à l'apparition d'environ 600 millions de documents dans les résultats de la recherche chaque mois. Il n'est pas surprenant qu'une étude réalisée par l'office des brevets japonais ait estimé que les examinateurs consacrent environ 40 % de leur temps à rechercher les techniques antérieures et à examiner les résultats. La qualité des brevets peut être affectée si les examinateurs n'ont pas le temps, l'expertise du sujet concerné ou les ressources techniques suffisantes pour accéder facilement aux techniques antérieures.

Les solutions de recherche assistées par intelligence artificielle peuvent jouer un rôle important dans l'ensemble de l'écosystème de brevets pour améliorer à la fois l'efficacité et la qualité des brevets. Elles accélèrent les examens par les offices de brevets et peuvent permettre aux innovateurs d'identifier plus rapidement les techniques antérieures, en évitant le temps et les coûts liés aux poursuites ou aux remises en cause de la validité dans le cas de mauvais brevets. C'est la raison pour laquelle des algorithmes de techniques antérieures s'appuyant sur l'intelligence artificielle ont été ajoutés à la plateforme CAS SciFinder Discovery Platform et aux solutions STNext^® pour améliorer les recherches scientifiques et de PI.

Les nouvelles approches soutiennent la durabilité

Les retards dans les demandes et les inefficacités sont en cours de résolution grâce à des mesures qui garantissent la durabilité opérationnelle à long terme des offices de brevets. L'Office européen des brevets (OEB) possède des objectifs de durabilité en termes d'engagement du personnel, de transformation numérique et d'efficacité du processus d'octroi des brevets, et s'appuie sur une coopération internationale solide. D'autres offices définissent des priorités similaires pour renforcer l'efficacité organisationnelle.

Pour assurer des examens plus rapides et de meilleure qualité, les offices recrutent de nouveaux examinateurs de brevets, déploient des technologies comme l'IA qui permettent de gagner du temps et transforment leurs flux de travail :

• L'USPTO a engagé des centaines d'examinateurs en 2021 afin de gérer des charges de travail croissantes conformément à son plan stratégique d'optimisation de la qualité et de la ponctualité des brevets. Cet office développe également la mise en œuvre de l'intelligence artificielle pour les classements et les recherches de brevets, de manière à offrir aux examinateurs un accès plus facile aux techniques antérieures.
• En prévision d'une croissance à deux chiffres des demandes en 2021, le UK Intellectual Property Office a doublé le nombre de ses examinateurs au cours de l'année précédente. Son programme de cinq ans visant à normaliser et à moderniser les processus a pour but de parvenir à une efficacité d'au moins 3,5 % des coûts d'exploitation de base. Il évalue également la manière d'utiliser au mieux l'intelligence artificielle en investissant davantage dans la fourniture des services.
• Dans le cadre d'une initiative intitulée « Maîtriser les techniques antérieures », l'OEB améliore ses procédures de classement afin d'augmenter la précision des recherches et de récupérer les documents pertinents plus tôt au cours des examens. Il applique systématiquement l'intelligence artificielle, l'apprentissage machine et d'autres technologies afin de créer un processus d'octroi de brevets de bout en bout, numérique et plus efficace.

Les solutions qui s'appuient sur l'intelligence artificielle peuvent être utilisées par les offices de brevets pour de nombreuses fonctions au-delà des recherches de techniques antérieures. Cela comprend les affectations et les conversions de classements, les API favorisant une fourniture de documents plus efficace, des outils en ligne pour les révisions et les analyses, et plus encore. En renforçant l'efficacité, la qualité des brevets et le service client, ces solutions peuvent créer un effet multiplicateur en aidant les offices à atteindre leurs objectifs stratégiques en termes de durabilité opérationnelle et d'innovation mondiale.

L'IA et les transformations des flux de travail semblent prometteuses pour réduire les retards de traitement des demandes

CAS a récemment mené un projet avec l'Institut National de la Propriété Intellectuelle (INPI) du Brésil qui rationalise les recherches de techniques antérieures grâce à un mélange unique de données organisées, d'intelligence artificielle, de flux de travail personnalisé et de services externalisés de recherche de PI. Ce projet a généré des bénéfices importants :

• Jusqu'à 50 % de réduction du temps d'examen
• 77 % de tous les dépôts de brevets nationaux traités nécessitent moins de temps de recherche de la part des examinateurs
• 29 % de l'ensemble des dépôts de brevets nationaux traités ont nécessité peu, voire aucune recherche supplémentaire
• Les gains de productivité ont permis de réduire de 80 % les arriérés de l'office

Enseignements de l'optimisation des performances de l'IA dans la recherche des techniques antérieures

L'IA intéresse de plus en plus les offices des brevets pour son aptitude à analyser rapidement des millions de jeux de données et à produire des résultats pertinents. Selon le WIPO, plus de 70 projets liés à l'intelligence artificielle sont en cours dans 27 offices, dont 19 qui portent sur les recherches de techniques antérieures et les procédures d'examen.

Notre travail avec l'INPI du Brésil a renforcé plusieurs principes de base concernant l'optimisation de l'application de l'IA dans la recherche des techniques antérieures :

• Des données propres et structurées améliorent considérablement la précision des prédictions
• Plusieurs algorithmes sont nécessaires pour renvoyer les similitudes les plus pertinentes
• L'augmentation de la technologie avec l'expertise humaine améliore les résultats

Qualité des données : la plupart des données scientifiques et de brevet non organisées disponibles publiquement présentent des défis inhérents aux offices des brevets. Elles comprennent souvent des erreurs de transcription, des unités mal étiquetées et un langage de brevet complexe. Les langues étrangères présentent des défis particuliers.

Les données organisées par des humains et qui ont été normalisées, préparées et connectées dans un format structuré améliorent l'entraînement des algorithmes d'IA et renforcent la performance des recherches des techniques antérieures. Les données organisées révèlent plus de brevets incluant des similitudes et identifient les brevets adjacents qui pourraient susciter des préoccupations quant à leur caractère évident.

Algorithmes multiples : l'utilisation de plusieurs algorithmes personnalisés pour des méthodologies de recherches spécifiques améliore les performances de l'IA. Au Brésil, nous avons développé 10 algorithmes pour produire la première série de résultats. Un autre algorithme pour l'apprentissage d'ensemble analysait ces résultats pour produire un jeu final de résultats classés et hautement pertinents.

Flux de travail optimisés :  notre solution de flux de travail personnalisée pour l'INPI Brésil a réduit de moitié les étapes de recherche des techniques antérieures. Cela permet aussi d'économiser du temps en produisant des résultats de recherche sur les brevets et les non-brevets, les références et les outils pour trier, filtrer et visualiser par le biais d'une interface unique basée dans le cloud. Les flux de travail personnalisés peuvent être entièrement automatisés ou inclure des experts de la recherche extérieurs qui peuvent valider les modèles d'algorithme et filtrer les recherches pour augmenter la capacité de l'examinateur.

Vous souhaitez en savoir plus au sujet des approches de flux de travail s'appuyant sur l'IA dans les offices de brevets et la manière dont la technologie prédictive peut contribuer à garantir la durabilité de l'ensemble de l'écosystème de la propriété intellectuelle ? Lisez notre rapport Insights - « Gérer la durabilité du système mondial de brevets : le rôle de l'intelligence artificielle dans l'amélioration de la productivité »

Une étape critique de la course au développement de traitements contre la COVID-19 consiste pour les scientifiques à comprendre clairement la manière dont le virus pénètre dans nos cellules. Ces informations soutiendront le développement de traitements antiviraux ciblés axés sur le blocage de cette voie de contamination.

Les recherches menées sur le premier virus SARS-CoV, qui est apparu en 2002 et a provoqué une épidémie, ainsi que sur le SARS-CoV-2, le coronavirus parent qui cause aujourd'hui la COVID-19, montrent que dans les deux cas, une protéine spike (S) dépassant de la membrane virale se lie à au moins une protéine, l'enzyme de conversion de l'angiotensine 2 (ACE2) à la surface des cellules humaines. Après cette liaison, les protéases, qui sont des enzymes humaines qui divisent d'autres protéines, coupent, ou « préparent » la protéine spike à éliminer son segment extérieur, nommé S1, et à révéler son segment intérieur, nommé S2. Le segment S2 de la protéine spike provoque ensuite une fusion de la membrane virale avec les membranes cellulaires humaines, permettant au matériau génétique viral de pénétrer la cellule et de commencer à se répliquer. Une publication récente résumait ce processus en mettant en évidence le rôle de l'ACE2. Dans cette publication, j'examinerai plus en détails le rôle des protéases humaines pour aider le virus à pénétrer nos cellules et mettre en évidence des traitements antiviraux ciblant cette interaction.

La protéine spike du SARS-CoV-2 : une histoire en deux segments

La protéine spike du SARS-CoV-2 présente une forme de vis avec une tête plus grande et une tige fine et longue (Figure 1). Ces protéines spike se lient les unes aux autres pour former un trimère, dont la forme ressemble logiquement à celle d'une vis plus grande. La tige est insérée dans la membrane virale et maintient la tête vers l'extérieur et à l'écart du virus. La zone plus grosse de la tête et une partie de la tige sont appelées région S1 de la protéine spike. La partie restante de la tige, plus proche de la membrane virale, est appelée région S2.

Une fois qu'elle pénètre l'organisme et entre en contact avec le système respiratoire, le conduit gastro-intestinal, un vaisseau sanguin ou d'autres cellules qui expriment l'ACE2 à leur surface, la région S1 de la protéine spike se lie à l'ACE2 à la surface de la cellule et ancre le virus à l'extérieur de la cellule humaine. C'est la première étape du processus de réplication virale.

Le SARS-CoV-2 pénètre les cellules d'une manière ou d'une autre

Une fois lié à la cellule, le virus dispose de deux voies potentielles pour la pénétrer (Figure 2). La voie choisie dépend de la présence ou non de protéases humaines pour « amorcer » la protéine spike. La présence de protéases dépend du type de cellule humaine que le virus attaque et de l'état particulier de cette cellule. Plusieurs protéases humaines sont en mesure de diviser la protéine spike, notamment la protéase transmembranaire à sérine 2 (TMPRSS2), la furine, l'élastase et la trypsine. La TMPRSS2 est exprimée par les cellules pulmonaires humaines. On pense donc qu'elle joue un rôle important dans la pénétration du virus dans les cellules des voies respiratoires.

Si ces protéases sont présentes à proximité de l'interface de liaison entre la protéine spike et l'ACE2, elles divisent la protéine spike pour exposer la région S2 et en particulier la région du peptide de fusion de la protéine spike. Cette région du peptide de fusion de la protéine spike est constituée d'acides aminés plus hydrophobes ou similaires à des lipides, et elle s'insère dans la membrane cellulaire contenant des lipides afin d'induire la fusion entre membrane virale et cellule membranaire, et de permettre ainsi l'entrée du génome viral dans la cellule (Figure 2a). Cette scission doit se produire après la liaison entre la protéine spike et l'ACE2. Si elle intervient plus tôt, le virus est moins à même d'infecter la cellule.

Si des protéases ne sont pas présentes à proximité de l'interface de liaison entre la protéine spike et l'ACE2, le virus entrera dans la cellule par une voie différente appelée endocytose (Figure 2b). Dans ce processus, les coronavirus liés à des protéines ACE2 en dehors de la cellule sont happées par une brèche dans une petite région de la membrane cellulaire, qui se pince ensuite pour former une vésicule endocytique et faire entrer le matériau extérieur dans la cellule. Après cela, la vésicule endocytique fusionne avec une vésicule à paroi membranaire intracellulaire appelée endosome. Dans l'endosome, des protéases sont présentes, notamment la cathepsine L, qui peut diviser la protéine spike et exposer sa région du peptide de fusion. Le peptide de fusion induit ensuite la fusion de la membrane virale avec la membrane de l'endosome et, ainsi, provoque l'entrée ultérieure du génome viral dans la cellule.

Des preuves récentes suggèrent qu'il pourrait exister une troisième voie d'entrée du SARS-CoV-2 dans les cellules. Lorsque le virus se réplique et crée de nouvelles particules virales dans les cellules, certaines protéines spike peuvent être pré-divisées ou pré-amorcées par une protéase humaine appelée furine au cours du processus d'assemblage du nouveau virus. Cela signifie qu'une fois que le virus sort de la cellule, ces virus dotés de protéines spike pré-amorcées peuvent fusionner avec d'autres cellules et les infecter, même si ces autres cellules possèdent des niveaux faibles de protéases présentes pour l'une des deux voies « normales » de division de la protéine spike décrites ci-dessus.

Planification d'une contre-attaque

Les chercheurs s'efforcent de trouver des médicaments capables de cibler la partie protéine spike-ACE2-fusion membranaire-endocytose du cycle de vie de l'infection afin d'éradiquer la COVID-19. Notre publication précédente présenterait l'ACE2 soluble recombinante comme un traitement potentiel. Elle fonctionne en désactivant la protéine spike avant que le SARS-CoV-2 ne puisse se lier à l'ACE2 à la surface des cellules. Toutefois, de nombreux autres candidats médicaments sont également examinés.

Nafomastat et le MI-1851 inhibent les protéases impliquées dans la division de la protéine spike, à savoir la TMPRSS2 et la furine respectivement, ce qui indique un potentiel de réduction de l'infection au SARS-CoV-2 dans le tube à essai. Il a été démontré que les peptides, qui sont des protéines très courtes similaires aux petites régions de la protéine spike, inhibent la fusion des membranes cellulaires virale et humaine en « bloquant » la protéine spike amorcée sur le virus tandis qu'il change de forme pendant le processus de fusion membranaire. Cela empêche l'entrée virale. Enfin, les inhibiteurs de la PIKfyve sont des bloqueurs connus de l'infection au SARS-CoV-2. La PIKfyve est une kinase lipidique humaine, c'est-à-dire une enzyme qui ajoute un groupe de phosphates à des lipides spécifiques. Dans la mesure où la PIKfyve est impliquée dans le métabolisme endosomal de la voie endocytique d'entrée virale, les inhibiteurs de PIKfyve possèdent une activité antivirale.

Ce ne sont là que quelques exemples des nombreux candidats médicaments en cours d'étude en tant qu'inhibiteurs de l'entrée virale du SARS-CoV-2. De nombreuses cibles sont cependant disponibles pour ceux qui cherchent des traitements pour lutter contre la COVID-19. La protéine spike, l'ACE2, les protéases qui divisent la protéine spike et les composants de la voie endocytique sont des possibilités à l'étude, et de nombreuses substances présentent une activité antivirale à l'égard de chacune de ces cibles. Pour aider les scientifiques à identifier plus rapidement certains de ces candidats potentiels, CAS a publié un jeu de données en source ouverte assemblé à partir de CAS REGISTRY^® qui inclut des médicaments antiviraux connus et des composés chimiques connexes structurellement similaires aux antiviraux connus. En savoir plus et télécharger ce document et d'autres ressources CAS en accès libre au sujet de la COVID-19 ici. 

Les cannabinoïdes sont des composés naturels isolés de la plante Cannabis sativa. Les deux cannabinoïdes les plus connus sont le delta-9-tétrahydrocannabinol (THC) et le cannabidiol (CBD). Le THC est le composant psychoactif du cannabis associé à la « défonce ». Il existe une abondance d'informations disponibles sur le THC et ses dérivés ; c'est pourquoi cet article de blog se penche sur les cannabinoïdes moins connus, leurs principaux avantages selon la littérature scientifique et, de manière plus approfondie, sur leurs structures chimiques.  

On assiste à une explosion de produits commerciaux contenant du CBD : huiles, produits de beauté et de soins de la peau, agents thérapeutiques, boissons, chocolats, chewing-gums, et même des friandises pour chiens. Cet article de blog n'est pas une publicité pour l'un de ces produits, et il est important de noter que le cannabis est illégal au niveau fédéral et qu'il fait partie des drogues de classe I de l'annexe. Cependant, lorsque les gens consomment ces produits, qui sont pour la plupart commercialisés sous forme de « compléments alimentaires » et ne nécessitent donc pas l'approbation de la Food and Drug Administration (FDA), il est crucial de comprendre leur impact sur la santé humaine.

Tendances de la recherche sur les cannabinoïdes

En utilisant le cannabidiol (CBD) comme cannabinoïde modèle pour étudier les recherches actuelles sur les perspectives thérapeutiques des cannabinoïdes, une recherche rapide dans CAS SciFinderⁿ renvoie moins de 5 000 références.

Une analyse plus approfondie des résultats montre que les études cliniques humaines comprennent moins de 200 documents et que toutes les études précliniques (animales, in vivo, in vitro, ADME et in silico) comptent moins de 550 résultats. Cela indique peut-être une opportunité pour les entreprises pharmaceutiques, les fabricants de cosmétiques, les spécialistes de la nutrition et autres entreprises de faire progresser la recherche sur les cannabinoïdes au profit de l'humanité.  

Comment les cannabinoïdes pénètrent-ils dans notre corps ?

Il existe quatre grandes voies d'administration :

• l'inhalation
• la voie sublinguale
• l'ingestion
• la voie topique

L'une des formes les plus populaires de consommation de cannabinoïdes consiste à fumer des végétaux ou à vapoter une huile cannabinoïde, c'est-à-dire à les inhaler. Lorsque les cannabinoïdes pénètrent dans les poumons, ils sont absorbés rapidement et éliminés tout aussi rapidement du corps. L'inhalation est généralement la méthode préférée pour consommer du cannabis.

Une autre voie d'administration est la voie sublinguale, où des huiles ou des teintures contenant des cannabinoïdes sont placées sous la langue et absorbées directement dans la circulation sanguine. Cette méthode permet d'obtenir des effets plus rapides et plus durables. Les cannabinoïdes peuvent également être ingérés. Le corps métabolise les formes comestibles, mais il faut souvent beaucoup plus de temps pour obtenir les effets désirés. Les cannabinoïdes peuvent également être utilisés comme agents topiques tels que les crèmes, les lotions, les sprays, les patchs ou les baumes. L'absorption est préférée par les personnes qui soignent des muscles endoloris ou des problèmes de peau. Les cannabinoïdes sont absorbés par la peau, directement dans la circulation sanguine.

Si le THC est le plus connu, une compréhension plus approfondie des structures chimiques des cannabinoïdes non psychoactifs comme le CBD, le CBG, le CBN et le CBC, ainsi que de leurs effets, permet de mieux comprendre le paysage émergent des produits.

Cannabidiol (CBD)

Le cannabidiol (CBD) est probablement le cannabinoïde le plus connu après le THC. Le CBD est dérivé directement du chanvre et n'a aucune activité psychoactive. La légalité du CBD varie et chaque État possède une législation en constante évolution sur ce sujet. Selon la Harvard Medical School, le CBD peut être utilisé pour traiter l'anxiété, l'insomnie, la douleur chronique, l'arthrite et l'addiction. Plus important encore, le CBD est un composant des médicaments approuvés par la FDA pour traiter les maladies épileptiques infantiles graves (ex. Epidiolex). Les principaux effets secondaires du CBD sont les nausées, la fatigue et l'irritabilité. N'oubliez pas que les produits contenant du CBD ne sont pas réglementés par la FDA et peuvent contenir des impuretés et des dosages inconnus. Faites preuve de prudence et achetez toujours des produits contenant du CBD auprès de sources fiables. 

Cannabigérol (CBG)

Bien que le CBG ait été découvert en 1964, il est utilisé moins souvent que le CBD ou le THC car il est présent en très faible concentration dans la plante de cannabis. Le CBG interagit avec les récepteurs cannabinoïdes de notre organisme, à savoir les récepteurs CB1 et CB2. Lorsque le CBG se fixe sur ces récepteurs, elle augmente les neurotransmetteurs qui agissent sur la motivation, l'appétit, le sommeil, le plaisir et la douleur. Le CBG peut également affecter la sérotonine et les adrénorécepteurs. Ces récepteurs contrôlent également les neurotransmetteurs. Le CBG est parfois appelé la molécule du « bonheur » en raison de l'augmentation des neurotransmetteurs. Il a été démontré que le cannabigérol a des effets antibiotiques et peut réduire la pression intraoculaire. 

Cannabinol (CBN)

Le cannabinol n'est pas directement synthétisé par la plante de cannabis ; le CBN est un métabolite résultant de la dégradation du THC. Lorsque le végétal est exposé à l'oxygène pendant un certain temps, le CBN peut augmenter à mesure que le THC se dégrade. Le CBN est un sédatif et aide donc à lutter contre l'insomnie. Le CBN ne fait pas l'objet de grandes études, mais certaines ont montré que le cannabinol avait des effets antibiotiques, soulageait le glaucome et stimulait l'appétit. Chez la souris, il a été démontré que le CBN retardait l'apparition de la sclérose latérale amyotrophique (SLA). Ce composé prometteur offre aux chercheurs de nombreuses possibilités d'utilisation thérapeutique du CBN. 

Cannabichromène (CBC)

Le CBC est dérivé du CBG et a démontré de puissants effets antimicrobiens, notamment pour les infections résistantes à d'autres traitements antibiotiques. En outre, certaines études menées sur des rats ont montré que le CBC avait des effets neuroprotecteurs qui protègent le cerveau contre les affections neurodégénératives (maladie d'Alzheimer) et encouragent même le cerveau à développer de nouvelles cellules. 

Le CBC ne se lie pas bien avec les récepteurs cannabinoïdes, mais il se lie avec le récepteur vanilloïde 1 (TRPV1) et le récepteur potentiel transitoire ankyrine 1 (TRPA1), qui sont connus pour affecter la perception de la douleur. Le CBC a également montré des propriétés anticancéreuses. Là non plus, il n'y a pas beaucoup de données sur le CBC en tant qu'agent thérapeutique dans les études humaines, mais dans les recherches préliminaires, les propriétés identifiées semblent promouvoir une investigation plus approfondie.

L'effet d'entourage

De nombreux produits à base de cannabis font la publicité d'un CBD « à spectre complet », ce qui signifie que le produit ne contient pas seulement du CBD, mais peut également contenir les autres cannabinoïdes dont il est question ici, ainsi que des terpènes, des huiles essentielles et jusqu'à 0,3 % de THC (réglementé). L'utilisation de ces cannabinoïdes ensemble pour augmenter la puissance et l'efficacité, à la différence des effets de chaque substance chimique prise séparément, aboutit à une théorie appelée « effet d'entourage ». Sans entrer dans des considérations trop techniques, le mécanisme proposé pour l'effet d'entourage implique des lipides inactifs combinés à des cannabinoïdes exogènes qui augmentent l'activité des cannabinoïdes endogènes (anandamide et 2-arachidonylglycérol). La recherche est récente dans ce domaine, mais certaines études ont montré des résultats positifs pour le cancer, les troubles de l'humeur et de l'anxiété, les troubles du mouvement et l'épilepsie.

Perspectives et impacts futurs

Les cannabinoïdes ont peut-être mauvaise réputation en raison de leur association avec la marijuana et les effets psychoactifs du THC et de ses dérivés. Les préoccupations juridiques peuvent dissuader les chercheurs de poursuivre la recherche sur les cannabinoïdes. Cependant, les premières études ont clairement montré que ces composés pourraient présenter des avantages thérapeutiques, à la fois comme composants uniques et par l'activation de nos cannabinoïdes endogènes et l'« effet d'entourage ». Cer article de blog n'a abordé que certains des cannabinoïdes les plus connus, mais rappelons qu'il existe plus d'une centaine de ces composés identifiés et que d'autres restent à découvrir ! Espérons qu'avec la poursuite des recherches, la stigmatisation entourant ces substances cannabinoïdes se dissipera, et que leur plein potentiel pourra être actualisé dans le traitement de maladies débilitantes.

La tendance émergente d'une recherche accrue sur les drogues récréatives pour leurs bienfaits sur la santé va bien au-delà des cannabinoïdes. Voyez comment les psychédéliques comme le LSD, la Molly et les « champignons » pourraient être les prochains dans la lutte contre la dépression et le SSPT.

De nombreuses technologies ont fait l'objet de recherches dans le but de mettre en place une économie de l'hydrogène. Dans le domaine de l'utilisation des hydrons dans les cellules de combustible, de nombreux matériaux ont été créés pour cibler une efficacité et des applications supérieures.

Cette publication révisée par des pairs détaille les progrès de la recherche sur l'énergie de 2011 aux toutes dernières tendances émergentes. Les principaux éléments de cette étude sont des matériaux catalyseurs qui permettent la production verte d'hydrogène et de matériaux utilisés dans des fonctions techniques liées aux piles à combustible. On y trouve aussi une analyse approfondie du paysage de la recherche sur l'économie de l'hydrogène.

Sans émission de carbone et avec une densité énergétique 3 à 10 fois supérieure aux carburants fossiles, l'hydrogène renouvelable est à même de mettre fin à notre dépendance vis-à-vis des combustibles fossiles à l'avenir. Pourtant, à l'heure actuelle, 96 % de la production d'hydrogène s'effectue par le biais des carburants fossiles et n'est pas durable. Notre panorama de l'économie de l'hydrogène vert (production, stockage et utilisation) met en évidence les tendances émergentes et les opportunités uniques dans ce domaine.  

Leur élaboration a demandé des années, mais les promesses des vaccins à ARN(m) messager se sont enfin concrétisées, grâce à une pandémie mondiale qui a accéléré la recherche et l'innovation dans ce domaine. Toutefois, le succès des vaccins à ARNm n'aurait pas été possible sans une autre technologie avant-gardiste - les nanoparticules lipidiques (NPL) qui protègent l'ARNm et l'acheminent jusqu'aux cellules. Cet article évoquera le paysage de la recherche sur les nanoparticules lipidiques et les opportunités futures de la nanotechnologie au-delà de la COVID-19.

Découvrez de plus près le parcours des liposomes aux nanoparticules lipidiques dans notre rapport Insight sur la nanotechnologie et son application dans le domaine de l'administration des médicaments, son rôle dans la révolution de l'ARN et les opportunités futures qu'elle ouvre dans les secteurs des cosmétiques, de l'agriculture et au-delà.

La nanotechnologie et les vaccins à ARNm : l'histoire d'une réussite ?

Même si plusieurs vaccins ont été déployés dans la lutte contre le SARS-CoV-2, les deux vaccins à ARNm à base de nanoparticules lipidiques produits par Moderna et Pfizer-BioNTech ont été les plus largement utilisés, démontrant le rôle essentiel de la nanotechnologie dans la réponse à la pandémie de COVID-19. Le déploiement à grande échelle de ces vaccins en 2021 a transformé l'évolution de la pandémie et entraîné un déclin remarquable du nombre de cas de COVID-19.

Toutefois, compte tenu de la propagation rapide du virus, plusieurs nouveaux variants du SARS-CoV-2 sont apparus et devraient émerger, ce qui constitue un défi majeur en termes de santé publique. Les variants préoccupants comme Delta et Omicron ont influé sur l'efficacité des vaccins, en réduisant la fonction des anticorps neutralisants. Pourtant, les nanotechnologies pourraient être la clé qui permettra de relever le défi des variants du SARS-CoV-2. Les chercheurs étudient actuellement différents moyens d'utiliser la nanotechnologie à cette fin, y compris les anticorps neutralisants à nanoparticules activées par les vaccins, les anticorps neutralisants modifiés et les « nano-leurres ». Cette dernière approche passe par la création de nanoprotéines leurres qui interagissent avec le récepteur de l'enzyme 2 de conversion de l'angiotensine (ACE2) exprimée sur les cellules, inhibant la liaison du virus à l'ACE2 et protégeant ainsi les cellules hôtes de l'infection. Alors que ces nanotechnologies sont déployées pour accélérer la fin de la pandémie de coronavirus, comment appliquer les enseignements de cet effort de recherche intense à d'autres besoins non satisfaits, notamment à d'autres maladies infectieuses mondiales ?

Le développement de la technologie des nanoparticules lipidiques

Avant de nous tourner vers l'avenir, passons en revue l'histoire de la technologie des nanoparticules lipidiques. Tout commence en 1965 par la découverte des liposomes : des vésicules bicouches de lipides fermées qui s'auto-assemblent spontanément dans l'eau pour former des capsules de graisse. Les chercheurs ont immédiatement identifié leur promesse en termes d'administration de médicaments, du fait de leur aptitude à encapsuler des médicaments à plus petites molécules et à renforcer leur solubilité dans l'eau (on sait que plus de 40 % de ces agents sont peu solubles dans l'eau). Depuis la découverte initiale des liposomes, cette technologie a été régulièrement perfectionnée et affinée, en optimisant les aptitudes des nanoparticules lipidiques pour créer des plateformes d'administration de médicaments hautement polyvalentes et des médicaments à base de liposomes.

Bien qu'elles soient actuellement sous le feu des projecteurs en tant que composant vital des vaccins à ARNm contre la COVID-19, les nanoparticules lipidiques sont utilisées avec succès en tant que médicaments depuis des décennies. En 1995, le Doxil, une formulation à base de NPL de l'agent antitumoral doxorubicine, est devenu le premier médicament liposomal approuvé. Un autre médicament liposomal, l'Epaxal, est la formulation à base de NPL d'un antigène protéinique utilisé comme vaccin contre l'hépatite. Juste après cette avancée, en 2018, la Food and Drug Administration américaine a approuvé l'Onpattro (patisiran), un ARN à interférence courte à base de NPL destiné au traitement des polyneuropathies induites par l'amyloïdose héréditaire à transthyrétine. Ce jalon majeur a ouvert la voie au développement clinique de nombreux traitements à base d'acides nucléiques induits par l'administration de nanoparticules (voir la figure 1 pour la chronologie des progrès majeurs dans le domaine des nanoparticules lipidiques et notre rapport Insight pour une analyse plus détaillée).

La nanotechnologie dans un monde post-COVID

Une analyse récente de CAS Collection de contenus™ a exploré le paysage unique de la recherche liée aux nanoparticules lipidiques. Cette analyse a révélé que sur plus de 240 000 articles scientifiques consacrés aux NPL dans CAS Collection de contenus™, plus de 190 000 datent de la période 2000-2021, ce qui met en évidence un intérêt croissant pour la nanotechnologie. On prévoit que cette hausse sera encore renforcée par l'utilisation de la nanotechnologie contre les maladies infectieuses au vu de la COVID-19 : le marché de la nanomédecine pourrait représenter plus de 164 milliards de dollars d'ici 2027.

Même si les nanoparticules lipidiques occupent depuis longtemps une position reconnue dans les systèmes traditionnels d'administration de médicaments, cette technologie n'est pas sans limites. Les liposomes, considérés comme la première génération de NPL, requièrent des méthodes de production complexes utilisant des solvants organiques. De plus, leur efficacité reste limitée lorsqu'il s'agit de piéger des médicaments et ils sont difficiles à produire à grande échelle. Alors que les progrès de la nanotechnologie, tels que le développement de nanoparticules lipidiques solides et de transporteurs lipidiques nanostructurés, ont contribué à surmonter ces problèmes (voir tableau 1), certains obstacles persistent. Les coûts de fabrication, l'évolutivité, l'innocuité et la complexité des nanosystèmes doivent être évalués et mis en balance avec les avantages potentiels. Pour surmonter plus facilement les limites actuelles de cette technologie, les chercheurs se penchent aujourd'hui sur la génération suivante de nanoparticules lipidiques, en explorant des systèmes d'administration plus raffinés, aux capacités améliorées.

Tableau 1 : Types de nanoparticules lipidiques : structure et rôle

L'utilisation efficace de la nanotechnologie dans les vaccins à ARNm contre la COVID-19 a entraîné un regain d'intérêt pour cette technologie dans le traitement des maladies infectieuses comme la malaria, la tuberculose (TB) et le virus d'immunodéficience humain (VIH), entre autres. La nanotechnologie pourrait transformer à la fois la détection et le traitement de ces maladies. La polyvalence de cette technologie signifie que les traitements encapsulés dans des liposomes, des nanoparticules de polymères et des cristaux de nanomédicaments peuvent être administrés de manière locale ou systémique pour une libération prolongée ou immédiate. Les possibilités sont infinies.

Toutefois, même si certaines maladies infectieuses (telles que le VIH) ont fait l'objet de recherches intensives, d'autres, comme la malaria et la tuberculose, n'ont pas suscité le même enthousiasme. Le financement (ou son absence) a historiquement constitué un frein à la progression des nanotechnologies dans ces domaines aux besoins non satisfaits. Mais cela pourrait bientôt changer. Une équipe de l'hôpital Johns Hopkins a entrepris le développement d'une plateforme qui accélère la conception de nanoparticules lipidiques dans le cadre de l'administration de thérapies géniques et rend ce processus plus économique. L'équipe utilise actuellement cette technologie pour développer un vaccin contre la malaria qui cible le parasite responsable de la maladie au cours de son cycle de vie dans le foie.

L'avenir des nanotechnologies s'annonce radieux

La nanotechnologie a révélé un nouvel horizon scientifique, notamment pour la médecine. L'utilisation de nanoparticules lipidiques en tant que vecteur d'administration des vaccins à ARNm contre la COVID-19 devrait encore étendre la portée des recherches futures. Des conceptions de nanotransporteurs plus complexes et multifonctionnelles devraient permettre de répondre aux besoins actuels et futurs non satisfaits.

Veuillez lire notre rapport Insight pour une analyse plus détaillée des opportunités passées, présentes et futures des technologies des nanoparticules lipidiques.

Le programme Artemis de la NASA représente un incroyable retour sur la Lune qui pourrait définir l'alimentation humaine du futur, aussi bien dans l'espace que sur terre. Sept expériences axées sur les végétaux ont été approuvées pour comprendre les différentes exigences à satisfaire pour cultiver des plantes avec succès dans l'espace. Outre l'agriculture spatiale, les innovations telles que les aliments imprimés en 3D, les emballages et les nouvelles applications des microbiomes pourraient avoir de nombreuses conséquences sur l'alimentation terrestre. Les défis à la conception d'aliments dans l'espace (longévité, cycles en boucle fermée, nutrition et impossibilité de cuisiner) peuvent améliorer l'accès à la nutrition dans les environnements difficiles sur terre.  

Quels sont les éléments nécessaires à l'alimentation dans l'espace ?

Même si la plupart d'entre nous sur terre nous concentrons sur la variété et la nutrition dans notre alimentation, il existe certains critères essentiels pour les systèmes alimentaires de l'espace :

1. Sécurité alimentaire : éviter la dégradation des aliments, traiter les déchets et les recycler dans des écosystèmes avancés en circuit fermé pour faire pousser des plantes
2. Fiabilité : aptitude à supporter les dures conditions de l'espace, une longue durée de conservation et un encombrement minimum.
3. Densité des nutriments et saveur agréable (savoureux, varié, facile à préparer, etc.)

L'espace présente des défis uniques

La culture de plantes dans l'espace présente certains défis car il s'agit d'un écosystème fermé sans gravité, sans lumière directe du soleil, dans un environnement limité et qui nécessite peu d'eau. En apesanteur, il est difficile de cuisiner et il faut minimiser les contraintes sur les ressources à bord de la navette (masse, énergie, temps de travail de l'équipage, eau, élimination des déchets). Les aliments préemballés ne sont pas toujours utilisables en raison de la détérioration des nutriments et des quantités considérables nécessaires. À l'avenir, l'exploration de l'espace lointain nécessitera des années de voyage avec une quantité limitée de nourriture et d'eau et sans possibilité de se réapprovisionner.

Tendances des publications et des brevets

La NASA et d'autres agences publient des articles et des brevets au sujet de la nourriture dans l'espace depuis des décennies. En utilisant la Collection de contenus CAS™, nous avons examiné les publications scientifiques mondiales liées aux systèmes d'alimentation et de vie dans l'espace de 2000 à 2022. Le monde de la recherche indique que les grandes annonces concernant de nouveaux programmes spatiaux produiront une hausse des futures publications et des brevets dans le monde entier. Par exemple, la Station spatiale internationale a connu un essor considérable depuis sa première annonce en 1993. L'augmentation des publications et des brevets depuis lors est étroitement liée aux plus de 2 500 expériences réalisées à bord. De même, on a assisté à une tendance claire à la hausse de la recherche après l'annonce du programme d'équipage commercial de la NASA en 2011 et à un sursaut correspondant après l'annonce du programme Artemis en 2017 (Figure 1).

Nouvelles solutions : alimentation de l'espace imprimée en 3D

Une pizza de l'espace ? Les nouveaux progrès de l'impression en 3D de nourriture à bord de la Station spatiale internationale pourraient entraîner un impact considérable sur certains des défis alimentaires majeurs que nous connaissons sur terre. Les imprimantes en 3D produisent désormais différents modèles alimentaires et des régimes personnalisés en ajoutant des ingrédients spécifiques aux aliments. Aujourd'hui, les encres utilisées par une imprimante en 3D peuvent se composer de viande séchée, de légumes et de produits laitiers en poudre, agrémentés de micronutriments adéquats. Parmi les encres comestibles les plus courantes, on peut citer la purée de pommes de terre, le chocolat, la pâte, le fromage, la crème, le glaçage pâtissier et les fruits.

Cette technologie est essentielle pour prolonger la durée de conservation des aliments de l'espace. Elle permet de conserver les matériaux alimentaires dans des conditions stériles, sous forme de matières premières. Cela minimise en plus l'espace de stockage nécessaire à bord.

Utilisation de microbes pour produire des nutriments

Les chercheurs examinent différents types de bactéries pour transformer les composants de l'air ou les déchets corporels en nutriments. Par exemple, des bactéries appelées hydrogénotrophes (micro-organismes unicellulaires qui métabolisent l'hydrogène pour produire de l'énergie) pourraient convertir le dioxyde de carbone expiré par les astronautes en protéines, au cours d'un processus de type fermentation. D'autres chercheurs ont découvert que la Yarrowia lipolytica, une levure apparentée à la levure de boulanger, peut permettre de fabriquer des lipides et même des plastiques si elle est alimentée par de l'urine humaine, ce qui ouvre la possibilité de transformer les déchets humains en nutriments essentiels à la santé humaine.

Aliments préemballés

Même si les aliments lyophilisés ou surgelés sont essentiels, la NASA examine les nouvelles technologies de conservation alimentaire pour adopter de nouvelles approches. Par exemple, la stérilisation thermique assistée par la pression et la stérilisation par micro-ondes garantissent une qualité et des vertus nutritives initiales supérieures pour les aliments préemballés. Les chercheurs examinent également une amélioration des emballages visant à augmenter de jusqu'à 5 ans la durée de conservation.

Systèmes en circuit fermé et agriculture de l'espace

La meilleure option pour obtenir une source de nutrition satisfaisante, de qualité et constante, consiste à pratiquer l'agriculture à bord du vaisseau spatial. L'existence d'une ferme spatiale favoriserait la création d'un environnement durable, car les plantes peuvent être utilisées pour recycler les eaux usées, générer de l'oxygène, purifier l'air et même recycler les selles à bord du vaisseau. Il existe actuellement un jardin de l'espace, surnommé Veggie. Il peut accueillir six plantes et a été utilisé pour cultiver avec succès des salades, des choux chinois, du mizuna, du chou rouge et des zinnias. La liste des plantes cultivées dans l'espace au cours des quarante dernières années est disponible ici.

Implications concrètes pour l'alimentation spatiale

Les recherches dans ce domaine de l'alimentation de l'espace favorisent des relations meilleures et plus durables entre notre alimentation et la planète. Les serres en circuit fermé et l'agriculture verticale peuvent être utilisées dans des zones arides, polaires, isolées ou densément peuplées, car elles ne nécessitent que peu d'eau et de terre. La production de viande à partir des composants de l'air pourrait réduire le besoin de bétail et diminuer considérablement l'utilisation d'eau et de terre. Un purificateur d'air amélioré créé pour l'alimentation spatiale est d'ores et déjà utilisé pour la conservation alimentaire et dans les blocs opératoires.

L'impression d'aliments en 3D pourrait permettre d'alléger les pénuries alimentaires sur terre. Les imprimantes en 3D peuvent permettre de créer des plats plus rapidement et plus proprement que tout chef cuisinier, tout en personnalisant les valeurs nutritives et les textures. Les encres comestibles pourraient également élargir le recours à des sources alimentaires non traditionnelles.

Toutes ces technologies peuvent réduire le volume de transport, les emballages, les coûts de distribution et autres en rapprochant les aliments des clients et ainsi, en réduisant l'empreinte écologique. Les avantages de la recherche continue sur l'exploration spatiale s'étendent donc à l'environnement de la terre et à ses habitants, en leur donnant des idées pour entretenir et préserver les écosystèmes terrestres.

Les sucres sont essentiels aux processus physiologiques normaux de la cellule, mais ils jouent également un rôle majeur dans les processus pathologiques. Les bactéries et les virus sont même capables de les identifier pour infecter leurs hôtes. Même si ce sujet de recherche reste difficile à cerner, le domaine de la glycobiologie a suscité beaucoup d'intérêt ces dernières années de la part de chercheurs dans un certain nombre de disciplines. L'un de ces outils est la chimie bioorthogonale qui peut servir à imager les glycanes, structures glucidiques attachées aux protéines et aux peptides (Figure 1).

Récemment, le groupe de recherche de Carolyn Bertozzi a employé la chimie bioorthogonale pour découvrir un nouvelle biomolécule fascinante, le glycoARN, qui a ouvert une toute nouvelle voie de recherche dans le secteur de la chimie bioorthogonale depuis des années. Nous examinerons ici le monde de la chimie bioorthogonale et ses applications, notamment la manière dont elle a contribué à faire progresser le domaine de la glycobiologie et les possibilités qu'il ouvre.

Qu'est-ce que la chimie bioorthogonale ?

Le terme chimie bioorthogonale a été inventé par le groupe de recherche de Bertozzi, pionnier dans ce domaine depuis de nombreuses années. La chimie bioorthogonale est une série de réactions qui peuvent intervenir dans des environnements biologiques en entraînant un minimum d'effets sur les biomolécules ou de perturbations des processus biochimiques. Le processus de la chimie bioorthogonale répond aux critères stricts nécessaires à la création de réactions telles qu'elles se produiraient dans les systèmes biologiques :

• Ces réactions doivent se produire aux températures et au pH des environnements physiologiques.
• Elles doivent fournir des produits de manière sélective et à haut rendement sans être affectées par l'eau ou les nucléophiles endogènes, les électrophiles, les réducteurs ou les oxydants présents dans les environnements biologiques complexes.
• Elles doivent être rapides, même à faible concentration, en formant des produits de réaction stable.
• Elles doivent impliquer des groupes fonctionnels qui ne sont pas naturellement présents dans les systèmes biologiques.

À quoi sert la chimie bioorthogonale ?

CAS Collection de contenus^TM nous a permis d'analyser les tendances de publication dans les applications de chimie bioorthogonale de 2010 à 2020 (Figure 2). Entre 2010 et 2020, l'imagerie a représenté l'usage le plus important de la chimie bioorthogonale, suivie de la mise au point et de l'administration de médicaments.

(*L'année 2010 a été choisie comme point de référence initial car c'est la première année au cours de laquelle le nombre de documents contenant le terme « chimie bioorthogonale » a augmenté de manière significative par rapport à l'année précédente. Environ 90 % du nombre total de documents contenant le terme « bioorthogonal » ou « bio-orthogonal » ont été publiés depuis 2010.)

En outre, la chimie bioorthogonale des protéines représente le nombre le plus élevé de publications, probablement parce que ces méthodes sont les plus établies, les autres domaines progressant régulièrement eux aussi, y compris le secteur relativement nouveau des glycanes (Figure 3).

Imagerie des glycanes

La chimie bioorthogonale s'est avérée un outil essentiel pour comprendre les structures, la localisation et les fonctions biologiques des glycanes. Oligosaccharides fixés aux peptides, aux protéines et aux lipides fréquemment présents dans les parois cellulaires, les glycanes peuvent servir à visualiser les types de cellule de manière sélective. Les précurseurs métaboliques des glycanes comprennent de nombreuses fonctionnalités bioorthogonales, notamment des azotures, des alcynes terminaux et des alcynes contraints. Les glycanes peuvent être visualisés à l'aide du partenaire bioorthogonal approprié. Par exemple, les azotures sont visibles avec des esters contenant des phosphines ou des thioesters par réaction de ligature de Staudinger ou de Staudinger sans trace, les alcynes terminaux ou les alcynes contraints sont identifiés à l'aide de la réaction CuAAC ou SPAAC, respectivement.

La chimie bioorthogonale fait progresser la glycobiologie

Jusqu'à présent, l'ARN n'était pas une cible majeure de glycosylation ; toutefois, une découverte récente importante a été rendue possible par le marquage métabolique et la chimie bioorthogonale : la découverte du « glycoARN ». À l'aide d'une batterie d'approches chimiques et biochimiques, le Dr Ryan A. Flynn a dirigé un groupe de recherche de Bertozzi qui a découvert que les petits ARN non codants conservés portent des glycanes sialylés et que les glycoARN sont présents dans de multiples types de cellules et espèces de mammifères, à la fois dans les cultures cellulaires et in vivo.

La stratégie utilisée pour cette découverte a consisté à marquer métaboliquement les cellules ou les animaux avec des sucres précurseurs fonctionnalisés avec un groupe d'azotures cliquables. Les azidosucres permettent une réaction bioorthogonale avec une sonde de biotine pour l'enrichissement, l'identification et la visualisation après incorporation dans le glycane cellulaire. En utilisant un précurseur de l'acide sialique marqué par un azoture, la N-azido-acetyl-mannosamine péracétylée (Ac4ManNAz), on a constaté que les préparations d'ARN hautement purifiées présentaient une réactivité aux azotures. L'assemblage du glycoARN dépend de la machinerie de biosynthèse des N-glycanes canoniques et produit des structures enrichies en acide sialique et en fucose. Une analyse plus poussée des cellules vivantes a révélé que la majorité des glycoARN sont présents à la surface de la cellule, où ils interagissent avec des anticorps anti-ARNd et avec les membres de la famille des récepteurs Siglec. Des recherches plus approfondies s'imposent pour déterminer le rôle du glycoARN.

La chimie bioorthogonale a permis d'établir une interface directe entre la biologie de l'ARN et la glycobiologie, et de nombreuses autres découvertes restent à approfondir.

Quelles opportunités nous réserve l'avenir de la chimie bioorthogonale ?

Avec un large éventail d'applications en science et en médecine, la chimie bioorthogonale a été très fréquemment utilisée ces dernières années pour faire progresser la recherche. Outre le développement de la glycosylation grâce à la découverte des glycoARN, elle a démontré des applications prometteuses dans l'administration et le ciblage des médicaments, et son utilisation devrait encore prendre de l'ampleur à l'avenir. Entre autres exemples, on peut citer :

• Synthèse in situ d'agents pharmaceutiques : la chimie bioorthogonale pourrait être utile pour assembler des médicaments à partir de précurseurs plus petits. Les médicaments créés sur mesure pourraient ainsi être plus efficaces et moins toxiques ; la portée de l'intervention pharmacologique pourrait aussi être étendue.
• Marquage des glycanes : des nanoparticules lipidiques contenant des galactosamines marquées avec des azotures et utilisant des ligands de folate ont été générées. En raison de la présence accrue de récepteurs de folate dans les tissus tumoraux, une internalisation des LNP s'est produite, suivie d'une libération de la charge dans les cellules tumorales. Les membranes tumorales ont intégré la dibenzocyclooctyne activée par des azotures, déclenchant une réponse immunitaire lorsque les cellules tumorales étaient exposées à des sérums humains.
• Cliquer pour libérer : cette méthode utilise la chimie bioorthogonale pour contrôler le moment et l'emplacement de la libération du médicament, avec pour corollaire un traitement qui devrait présenter une toxicité sélective pour les cellules cibles.

Grâce à la poursuite du développement et à l'affinage des réactions, la chimie bioorthogonale deviendra un outil important pour l'approfondissement de la recherche.

Voir notre article dans Bioconjugate Chemistry et le rapport CAS Insights connexe pour plus de détails au sujet de la chimie bioorthogonale et de ses multiples applications.

Depuis l'apparition de la nouvelle maladie à coronavirus, la COVID-19 (causée par le virus SRAS-CoV-2) s'est rapidement propagée dans le monde entier. Scientifiques et médecins se sont lancés dans une course folle pour comprendre ce nouveau virus et la physiopathologie de cette maladie, découvrir des schémas de traitement possibles et identifier des agents thérapeutiques et des vaccins efficaces.

Pour soutenir la recherche et le développement en cours, CAS a rédigé un rapport spécial proposant un aperçu des informations scientifiques publiées, en mettant l'accent sur les brevets dans la CAS Collection de contenus. Ce rapport met en lumière les stratégies antivirales avec de petites molécules et des produits biologiques, ciblant les interactions moléculaires complexes impliquées dans l'infection du coronavirus et sa multiplication virale. Le repositionnement des médicaments, documenté ici, se concentre principalement sur les agents connus pour leur efficacité contre d'autres virus à ARN, notamment le SRAS-CoV et le MERS-CoV. 
 

L'analyse des brevets de produits biologiques liés aux coronavirus comprend des anticorps thérapeutiques, des cytokines et des thérapies à base d'acides nucléiques ciblant l'expression génétique du virus, ainsi que divers types de vaccins. Plus de 500 brevets présentent des méthodologies associées à ces quatre produits biologiques, entrant potentiellement dans le traitement et la prévention des infections à coronavirus, et donc applicables à la COVID-19. Les informations contenues dans ce rapport constituent une base intellectuelle solide pour le développement continu d'agents thérapeutiques et de vaccins.

L'enzyme de conversion de l'angiotensine 2 (ACE2) est une protéine qui a suscité une grande attention ces dernières années pour son rôle en tant que récepteur du virus SARS-CoV-2, mais la multitude de recherches sur l'ACE2 a également révélé ses possibilités intéressantes en tant que cible thérapeutique dans un certain nombre d'autres maladies.

Qu'est-ce que l'ACE2 ?

L'ACE2 est une protéine membranaire dont le domaine enzymatique est situé à la surface extérieure des cellules humaines. Elle doit son nom au fait que cette protéine a été identifiée pour la première fois en tant qu'homologue (ou variant) de l'enzyme de conversion de l'angiotensine (ACE), une enzyme qui induit la formation de l'hormone peptidique angiotensine II à partir de l'angiotensine I. L'ACE a fait l'objet d'études intensives et est un vasoconstricteur bien connu (c'est-à-dire qu'il provoque une contraction des muscles des parois des vaisseaux sanguins et un rétrécissement de la lumière des vaisseaux sanguins).

L'ACE2, aujourd'hui connu comme récepteur viral, se comporte aussi comme un vasodilatateur qui contrebalance l'ACE et provoque une relaxation des parois des vaisseaux sanguins. L'ACE et l'ACE2 sont des intervenants importants du système rénine-angiotensine (RAS) qui régule la tension artérielle et le flux sanguin vers de multiples organes, dont les poumons, le cœur et les reins.

Fonctions de l'enzyme de conversion de l'angiotensine 2

Le système rénine-angiotensine comprend un réseau complexe d'enzymes, d'hormones peptidiques et de récepteurs, comme l'illustre la Figure 1. L'angiotensinogène, le précurseur de l'angiotensine (Ang) secrété par le foie, est divisé par la rénine, une enzyme rénale, pour produire l'angiotensine I (Ang I). L'Ang I est ensuite convertie en Ang II par l'ACE. L'Ang II, un peptide hormonal contenant huit acides aminés, se lie aux récepteurs de l'angiotensine de type 1 (AT1R) à la surface des cellules musculaires dans les petits vaisseaux sanguins pour provoquer la vasoconstriction. Il promeut aussi la réabsorption du sodium par les reins. La vasoconstriction et la réabsorption sodique entraînent une élévation de la tension artérielle. Ainsi, une activité anormalement élevée d'ACE produit des niveaux supérieurs d'Ang II, provoquant une hypertension.

À l'inverse, l'ACE2 catalyse la conversion du peptide à huit acides aminés, l'Ang II, en un peptide à sept acides aminés (Ang 1-7), qui semble avoir l'effet opposé à celui de l'Ang II en agissant sur un récepteur différent, appelé récepteur Mas (MasR). Alors que le rôle précis de l'Ang 1-7 sur la régulation de la tension artérielle n'a pas été entièrement élucidé, des preuves indiquent qu'il réduit la tension artérielle et induit la vasodilatation. En outre, l'ACE2 divise l'Ang I en Ang 1-9 et, en conséquence, pourrait contrebalancer les effets de l'ACE en éliminant son substrat. En provoquant la conversion de l'Ang II en Ang (1-7) et celle de l'Ang I en Ang 1-9, l'ACE2 pourrait jouer un rôle dans le maintien de l'équilibre entre vasoconstriction et vasodilatation pour contrôler la tension artérielle.

Le rôle de l'ACE2 dans l'infection au SARS-CoV-2

Depuis la pandémie de COVID-19, les scientifiques s'efforcent de comprendre très rapidement le virus SARS-CoV-2, d'élucider le mécanisme de progression de la maladie et d'identifier des options de traitement. Des recherches intensives ont été consacrées à l'identification de gènes et de protéines viables en tant que cibles pour les agents thérapeutiques et, au début de la pandémie, on a identifié un rôle important de l'ACE2 en tant que récepteur du virus SARS-CoV-2.

L'ACE2 peut être identifié par la protéine spike (protéine S) à la surface du virus SARS-CoV-2 ou SARS-CoV. L'ACE2 et la protéine S se lient de manière analogue à celle d'une interaction de type « clé dans la serrure », ce qui permet au virus de pénétrer dans les cellules humaines (Figure 2).

Bien que le SARS-CoV-2 soit très similaire au SARS-CoV, le virus qui a provoqué le SARS (syndrome respiratoire aigu sévère), quelques mutations du domaine de liaison du récepteur de la protéine S ont nettement augmenté l'affinité de liaison du virus SARS-CoV-2 avec l'ACE2. Ces différences pourraient expliquer le caractère plus contagieux de la COVID-19. Des preuves indiquent que l'ACE2 est exprimé dans nos poumons, notre système digestif, notre cœur, nos artères et nos reins. L'expression de l'ACE2 augmente également avec l'âge et est plus élevée chez les patients atteints de maladies cardiovasculaires, ce qui pourrait expliquer la gravité accrue de la COVID-19 dans ces sous-groupes.

Interactions de la protéine ACE2 dans les traitements de la COVID-19

Même si elle fait office de site d'amarrage du SARS-CoV-2 et favorise la pénétration du virus dans les cellules hôtes, l'ACE2 pourrait ne pas agir seule. D'autres enzymes hôtes sont également impliquées dans l'entrée du virus. Des enzymes appelées protéases sont responsables de l'élimination de fragments d'ACE2 et de protéine S pour améliorer leur processus d'interaction. D'autres enzymes modifient le complexe ACE2-protéine S intégré à des vésicules liées à la membrane pour faciliter la pénétration virale dans la cellule hôte. En conséquence, l'ACE2 et son interaction avec le SARS-CoV-2, ainsi que les autres protéines impliquées dans ce processus, pourraient constituer des cibles valides pour les agents anti-COVID-19.

Lors de la liaison virale, on pense que le domaine catalytique de l'ACE2 pourrait être bloqué par le virus, ce qui limiterait l'accès au substrat, l'Ang II, provoquant ainsi une accumulation d'Ang II. En outre, avec la pénétration virale, l'ACE2 de surface pourrait être intériorisée dans les cellules, diminuant ainsi la fonction enzymatique de l'ACE2 (Figure 3). En conséquence de l'activité réduite de l'ACE2, les niveaux d'Ang II en circulation pourraient augmenter, comme on l'a signalé chez les patients atteints de la COVID-19. Le niveau d'Ang II démontre une corrélation positive linéaire avec la charge virale et la lésion des poumons, ce qui indique un lien direct entre la régulation à la baisse de l'ACE2 dans les tissus, le déséquilibre de RAS et le développement de lésions organiques chez les patients atteints de la COVID-19. D'autres études seront toutefois nécessaires pour confirmer ce résultat.

Le potentiel de l'ACE2 en tant que cible pour les traitements contre la COVID-19

En raison du rôle crucial de l'ACE2 dans l'invasion des cellules hôtes par le SARS-CoV-2, des efforts sont en cours pour développer des médicaments qui pourront bloquer cette fonction. À ce jour, aucun médicament à petite molécule n'a été approuvé pour une réutilisation dans ce but. Toutefois, un médicament biologique récemment développé pourrait atteindre cet objectif. Ce médicament de grade clinique, l'ACE2 soluble recombinant humain (hrsACE2), a été développé initialement pour combattre le syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA).

Le hrsACE2 ne possède pas le segment transmembranaire et, par conséquent, ne s'attache pas aux cellules humaines. Il est cependant capable de lier le virus SARS-CoV-2 en tant que récepteur leurre. En se liant de manière compétitive à ce coronavirus, il empêche la liaison virale à l'ACE2 membranaire naturel et, ainsi, bloque l'entrée du virus dans les cellules hôtes (Figure 4). Des études sur des cultures de cellules et différents organoïdes ont bien démontré que le hrsACE2 empêche le virus d'infecter les cellules hôtes. Il semblait également bien toléré et a provoqué une diminution rapide des niveaux d'Ang II chez les patients atteints de SDRA lors d'un essai clinique réalisé en 2017. On peut espérer que le hrsACE2 deviendra le premier médicament à cibler l'ACE2 et qu'il ouvrira la porte à des traitements ciblés dans la lutte contre la COVID-19. Il est encourageant de noter que le hrsACE2 présente un potentiel en tant que traitement combiné, en améliorant l'efficacité du remdesivir contre l'infection par le SARS-CoV-2.

Applications thérapeutiques futures de l'ACE2

Au-delà de la COVID-19, le parcours de l'ACE2 offre une voie potentielle de traitement d'autres maladies respiratoires, comme la nouvelle grippe 2009 (H1N1) et la grippe aviaire (H5N1), éventuellement en développant l'ACE2 recombinant à utiliser conjointement avec un inhibiteur de l'AT1R ou un inhibiteur de l'ACE. Les maladies cardiovasculaires sont un autre domaine dans lequel l'ACE2 suscite un intérêt croissant et de nouvelles cibles comme l'ACE2 pourraient aider à trouver des moyens plus efficaces de cibler l'hyperactivité du RAS qui joue un rôle majeur dans des troubles tels que l'hypertension. L'ACE2 pourrait aussi probablement être une cible importante dans la lutte contre le diabète de type 2, par exemple, en utilisant des parcours véhiculés par l'ACE2 pour combattre les effets de l'Ang II suractive dans le rein diabétique.

Le rôle émergent de l'ARN dans le développement de nouveaux traitements transforme le monde de la découverte de médicaments : gardez donc une longueur d'avance avec CAS. Lisez notre rapport Insight sur le monde émergent des traitements à l'ARN.