Production de cellules et mise à l’échelle
Pour que la médecine régénératrice puisse passer du stade de la découverte en laboratoire à celui de l’application clinique, l’un des défis les plus importants à résoudre est l’établissement de la capacité nécessaire pour fabriquer des thérapies cellulaires de manière sûre, fiable et à grande échelle. Produire des milliards de cellules de qualité, qui répondent aux normes élevées de sûreté, exige des technologies de biotransformation très élaborées, un rigoureux contrôle de la qualité et des solutions innovantes pour résoudre plusieurs problèmes que ne pose pas la fabrication des médicaments traditionnels.
Des chercheurs canadiens s’attaquent actuellement aux principaux obstacles à la fabrication des cellules, développant notamment des façons de prévenir les mutations génétiques néfastes lors de la multiplication à grande échelle des cellules ou des méthodes plus sûres pour conserver et entreposer les cellules thérapeutiques. Ces innovations techniques sont essentielles pour transformer les thérapies prometteuses à base de cellules souches en traitements auxquels pourront avoir accès les patients d’un bout à l’autre du pays et du monde entier.
Les travaux dans ce domaine ne font pas seulement progresser les connaissances scientifiques, ils jettent les bases à la constitution d’une solide industrie canadienne de la médecine régénératrice, une industrie capable d’offrir aux patients qui en ont besoin des thérapies cellulaires sûres, efficaces et à l’échelle voulue.
Nika Shakiba, Université de la Colombie-Britannique, Colombie-Britannique
Les cellules souches pluripotentes humaines (CSPh) ont révolutionné le potentiel de la médecine régénératrice. Grâce à leur capacité unique à se reproduire et à se transformer en n’importe quel type de cellule du corps, les CSPh servent de base à des thérapies prometteuses actuellement évaluées dans le cadre d’essais cliniques, notamment des traitements contre le diabète qui font appel à des cellules bêta cultivées en laboratoire. La demande pour des thérapies à base de CSPh est en pleine croissance et le secteur canadien des biotechnologies est bien placé pour devenir un chef de file dans la fabrication de cellules à grande échelle.
Mais un obstacle majeur se dresse sur la route : lorsque les CSPh sont cultivées à grande échelle dans des bioréacteurs, elles peuvent acquérir des mutations génétiques néfastes. Semblables à des cancers, ces « variants » supplantent rapidement les cellules saines, compromettant la sûreté et l’intégrité de l’ensemble du lot de cellules cultivées.
La chercheuse Nika Shakiba tente de résoudre ce problème à l’aide d’une approche de bioingénierie complexe. Son équipe utilise des outils de pistage génétique de pointe pour suivre les populations de CSPh en temps réel, tout en développant des modèles informatiques qui prédisent le risque de prolifération des variants. Ces travaux visent à comprendre comment les conditions de culture peuvent influencer la croissance des variants afin d’optimiser la conception des bioréacteurs et d’établir des protocoles fiables pour assurer une production sûre et à grande échelle des CSPh.
S’ils sont couronnés de succès, ces travaux permettront de libérer tout le potentiel de la médecine régénératrice au Canada et ailleurs et feront en sorte que les thérapies cellulaires soient non seulement innovantes, mais aussi sûres, évolutives et prêtes à être utilisées en clinique.
« Notre objectif est de réduire les risques liés à la fabrication des cellules souches en prédisant et en prévenant l’apparition de variants dangereux. Il s’agit de garantir que chaque thérapie cellulaire produite est aussi sûre qu’efficace, afin que les promesses scientifiques se traduisent en réalités cliniques. »
Nika Shakiba, Université de la Colombie-Britannique, Colombie-Britannique
Les cellules souches pluripotentes humaines (CSPh) sont extraordinaires : elles peuvent se reproduire à l’infini et se transformer en n’importe quel type de cellule de l’organisme. C’est pourquoi elles forment la base de nombreuses thérapies régénératrices qui font actuellement l’objet d’essais cliniques, notamment les cellules bêta dérivées de cellules souches pour les personnes atteintes de diabète. Ces cellules sont très prometteuses, mais les cultiver à grande échelle n’est pas sans risque.
Au cours du processus de multiplication des CSPh, ces dernières peuvent subir des modifications génétiques dangereuses. Parfois, certaines cellules scélérates se comportent davantage comme des cellules cancéreuses que comme des cellules thérapeutiques : elles se développent plus rapidement que leurs homologues saines et peuvent envahir tout un lot de cellules. Lorsque cela se produit, le produit devient inutilisable et des millions de dollars de coûts de fabrication sont perdus.
Nika Shakiba cherche à empêcher que ces variants de cellules se développent. À l’aide d’une série de puissants outils génétiques et d’ingénierie, l’équipe de Nika Shakiba travaille à la mise au point d’un système haute résolution qui permettra de suivre les CSPh individuelles, d’identifier rapidement les variants indésirables et de comprendre comment ils réussissent à prendre l’avantage sur les autres cellules. Utilisant l’apprentissage automatique pour analyser ces données, son laboratoire souhaite découvrir les signes qui permettent de prévoir qu’un variant est sur le point d’assurer sa dominance avant qu’il ne le fasse.
Ces travaux soutiendront la production sûre et à grande échelle des cellules souches nécessaires aux thérapies régénératrices, ce qui aidera le secteur canadien de la biotechnologie à accroître sa production de cellules et à offrir des traitements de haute qualité aux patients.
« Nous sommes en train de mettre au point des outils pour détecter les cellules dangereuses avant qu’elles ne compromettent une thérapie. Il s’agit pour nous de préserver les promesses offertes par la médecine régénératrice, en veillant à ce que soit non seulement efficace, mais aussi sûre et évolutive. »
Marya Ahmed, Université de l’Alberta, Alberta
Les thérapies cellulaires sont susceptibles de transformer le traitement de nombreuses maladies graves, notamment le diabète de type 1. Actuellement, certains patients peuvent recevoir des greffes de cellules d’îlots pancréatiques productrices d’insuline, ce qui réduit, voire élimine, leur obligation quotidienne de s’injecter de l’insuline. Cependant, les cellules greffées ne survivent pas toujours à long terme, ce qui signifie que les patients peuvent avoir besoin de plusieurs greffes pour atteindre ou maintenir leur indépendance vis-à-vis de l’insuline, et que certains doivent parfois se résoudre à reprendre leur programme d’insulinothérapie.
Pour rendre ces thérapies plus largement accessibles et plus efficaces, les scientifiques doivent trouver une façon d’entreposer de manière sûre les cellules afin qu’elles soient disponibles au moment voulu. À l’heure actuelle, la congélation est le seul moyen de préserver ces cellules sensibles. Pour survivre à ce processus de congélation, les cellules doivent être traitées avec des agents chimiques, mais ceux-ci endommagent souvent les cellules ou provoquent des réactions allergiques chez les patients.
L’équipe de Marya Ahmed travaille à la mise au point de nouveaux gels non toxiques à base de matériaux naturels qui pourraient protéger les cellules pendant leur congélation et leur dégel. Ces gels seront d’abord testés sur des groupes de cellules pancréatiques, puis évalués en vue d’une production à l’échelle commerciale. Ces travaux pourraient ouvrir la voie à des traitements cellulaires plus sûrs et plus efficaces et créer un actif précieux de propriété intellectuelle pour le secteur canadien de la médecine régénératrice.
« En réussissant à entreposer les cellules de manière sûre et efficace, nous éliminerons l’un des plus grands obstacles à la prestation des thérapies régénératrices au moment où les patients en ont besoin. »
Peter Zandstra, Université de la Colombie-Britannique, Colombie-Britannique
Les cellules souches sont susceptibles de révolutionner le traitement de nombreuses maladies, mais les transformer en cellules thérapeutiques spécifiques est un processus long et coûteux. Les méthodes actuelles reposent largement sur l’essai et l’erreur, une expertise spécialisée et des travaux en laboratoire complexes, autant d’obstacles qui limitent les progrès de la médecine régénératrice.
La plateforme IQCELL 2.0 du prof. Peter Zandstra vise à changer tout cela. Cette plateforme de nouvelle génération mise sur l’intelligence artificielle et la biologie des systèmes pour décoder la façon dont les cellules décident de leur devenir. En combinant des données expérimentales avec des outils avancés d’apprentissage automatique, IQCELL 2.0 peut prédire et concevoir les meilleurs protocoles pour transformer, plus rapidement, à moindre coût et avec plus de précision que les méthodes actuelles, les cellules souches en types particuliers de cellules.
Dans un premier temps, la plateforme sera testée et perfectionnée à l’aide des données sur les cellules T humaines, puis élargie à d’autres types de cellules, comme les cellules B et les cellules hépatiques. Des collaborations avec des partenaires de recherche et industriels de premier plan, dont Apiary Therapeutics, Aspect Biosystems et CCRM, permettront de s’assurer qu’elle fonctionne concrètement pour des domaines comme l’immunothérapie et la médecine régénératrice. À terme, IQCELL 2.0 offrira un outil puissant et évolutif pour accélérer le développement de nouveaux traitements à base de cellules.
« En combinant l’IA et la biologie, IQCELL 2.0 permettra de transformer plus rapidement et plus facilement les cellules souches en thérapies utiles pour les patients. »
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