L'ingénieur en protéines

Il n'est pas toujours facile d'amener les molécules d'une substance active là où elles doivent se trouver dans l'organisme et à l'intérieur des cellules tout en les gardant intactes. En effet, certaines de ces molécules se décomposent rapidement, et beaucoup d'entre elles - y compris les molécules d'ARN - ne sont pas facilement assimilées par les cellules. Si elles doivent être utilisées comme substances actives, elles ont besoin d'un système d'administration. Dans les vaccins COVID à base d'ARNm, par exemple, l'ARN est emballé dans une nanoparticule lipidique. L'un des inconvénients de ce système est que les nanoparticules lipidiques ne sont pas stables longtemps à température ambiante.

Au cours des dernières années, Tom Edwardson, chercheur principal au département de chimie et de biosciences appliquées de l'ETH Zurich, a mis au point une enveloppe protectrice unique dans laquelle les molécules d'ARN peuvent être très facilement emballées et protégées. Il s'agit d'une cage à l'échelle nanométrique composée de 24 protéines identiques. En raison de sa petite taille, cette cage ne peut pas absorber une molécule entière d'ARNm comme les nanoparticules lipidiques utilisées dans les vaccins COVID actuels. La cage protéique d'Edwardson accueille plutôt des molécules d'ARN plus petites - appelées petits ARN interférents - qui permettent l'inhibition systématique de gènes individuels dans les cellules.

Un grand voyageur

Tom Edwardson s'est installé en Suisse il y a six ans. Après avoir terminé ses études de chimie, l'Écossais a d'abord voyagé en Asie, a travaillé quelque temps comme professeur d'anglais en Corée, puis a finalement obtenu son doctorat à Montréal. S'il s'est ensuite installé à Zurich pour un postdoc, ce n'est pas seulement à cause du professeur Donald Hilvert et de l'ETH Zurich, mais aussi à cause des Alpes et des nombreuses possibilités d'escalade qu'elles offrent. L'escalade est l'une de ses grandes passions à laquelle il s'adonne presque tous les week-ends, que ce soit dans les Alpes ou dans le Jura.

Son autre passe-temps est le brassage de la bière. «J'ai commencé à m'intresser au brassage de la bière au Canada avec un ami chimiste», explique Tom Edwardson. «C'est le passe-temps idéal pour les chimistes - ce n'est rien d'autre que de la chimie de procédé», dit-il avec son rire habituel. Aujourd'hui, il est non seulement le fournisseur de bière de son groupe de recherche, mais il participe également à des concours de brassage et initie ses jeunes collègues à son hobby.

Facile à charger

Il est tout aussi passionné par son travail, les cages à protéines, qu'il est très facile de produire dans des bactéries grâce aux biotechnologies. «Des groupes de 24 protéines individuelles s'organisent en cubes. C'était époustouflant la première fois que j'ai observé ce phénomène», dit Tom Edwardson. Alors que d'autres enveloppes de molécules protectrices, comme les nanoparticules lipidiques, s'avèrent être de tailles différentes lorsqu'elles sont fabriquées, les cages de protéines ont toutes exactement la même forme et la même taille. «C'est idéal, car la taille influence les propriétés des médicaments - par exemple, si les cellules les absorbent et à quel point elles le font», explique le chimiste.

Un autre avantage des cages à protéines par rapport aux autres options de protection des petites molécules de substances actives est qu'elles peuvent facilement être stockées à température ambiante pendant des mois - aucune réfrigération n'est nécessaire. Enfin, les cages en forme de cube ont une petite ouverture de chaque côté, ce qui facilite le chargement des molécules pour le transport: les cages protéiques peuvent être fabriquées en grandes quantités et remplies ensuite de la cargaison souhaitée. «Elles pourraient même être remplies de médicaments à base d'ARN spécifiques aux patient·es», souligne Tom Edwardson.

Pour la chimiothérapie aussi

Pour développer les coquilles de protéines, Tom Edwardson a utilisé une structure protéique synthétique existante que d'autres scientifiques avaient développée, et a modifié la séquence des composants des protéines à plusieurs positions clés. L'objectif était d'obtenir de nombreux atomes chargés positivement à l'intérieur de la cage. Les molécules d'ARN ont une charge négative, ce qui signifie qu'elles sont automatiquement attirées par les ouvertures de la cage protéique par attraction électrique. «Nos cages sont un exemple typique de l'ingénierie des protéines. Aujourd'hui, nous sommes capables de modifier spécifiquement les protéines pour créer de nouveaux objets moléculaires», explique Tom Edwardson.

Depuis, il a encore amélioré la cage protéique en recouvrant l'intérieur d'une couche de surfactant. Cela permet aux molécules insolubles dans l'eau, comme les médicaments anticancéreux, d'être également transportées à l'intérieur. À l'avenir, il espère modifier l'extérieur des cages de manière spécifique, ce qui permettrait de contrôler les cellules somatiques dans lesquelles les cages de protéines pénètrent. L'ETH Zurich a déposé deux brevets sur les cages protéiques de Tom Edwardson. Avec ses collègues, il envisage maintenant de créer une spin-off pour poursuivre le développement des cages et les préparer à la commercialisation. «L'environnement en Suisse est idéal pour fonder une entreprise», dit-il. Il aimerait de toute façon rester ici, notamment pour être proche des bonnes possibilités d'escalade.

De plus, il enseigne à ses jeunes collègues du groupe de recherche combien il est important de faire autre chose que travailler. Et que les gens devraient voyager pendant leur jeunesse, et qu'il n'y a aucun mal à faire une pause entre un programme de diplôme et un programme de doctorat pour travailler. «Je ne regrette pas du tout d'avoir travaillé comme enseignant, car j'y ai appris beaucoup de choses qui me profitent encore aujourd'hui.»