Introduction du Professeur Bob Williamson, Fellow of The Royal Society, University of Melbourne

J’espère que les personnes affectées par la mucoviscidose prendront le temps de lire ce résumé de l’article de Chris Boyd (ainsi que l’article publié dans son intégralité sur le site) consacré aux nouvelles approches des recherches menées actuellement dans le monde, même s’il s’avère quelque peu complexe pour les non-scientifiques. Le présent numéro publie un résumé de ces approches et CFW publiera des mises à jour sur leurs avancées quand elles seront connues.

Tout comme vous, nous vivons en permanence dans l’univers de la mucoviscidose et nous nous impliquons totalement pour essayer d’améliorer la situation des personnes atteintes de cette maladie. Je suis certain que chaque adulte vivant avec la mucoviscidose sait que toutes les équipes de médecins ou de scientifiques sont engagées dans une approche particulière qui a leur préférence. L’article de Boyd nous rappelle que ces approches sont nombreuses et ne s’en tiennent pas uniquement à la thérapie génique, aux modificateurs de transport ionique ou à l’amélioration des antibiotiques. Il est vrai que depuis 25 ans que je travaille sur la mucoviscidose, les progrès sont nés de petites avancées accomplies dans plusieurs domaines. Chacune de ces avancées peut être plus ou moins importante pour les individus atteints de la maladie. Beaucoup des enfants que j’ai connus avec la mucoviscidose sont aujourd’hui des adultes, qui travaillent de manière productive et si personne ne peut affirmer que la vie des malades est une partie de plaisir, elle s’est beaucoup améliorée, en qualité et en espérance de vie.

Initiateur du premier essai de thérapie génique par liposome sur le gène CFTR mené à Londres au début des années 90, j’ai bien sûr été déçu que nous ayons tous sous-estimé les problèmes que nous rencontrerions en introduisant un gène sain dans les poumons d’un malade atteint de mucoviscidose. Cette thérapie génique commence seulement maintenant à donner des résultats positifs et devra probablement être combinée avec de nouvelles approches génomiques et des cellules souches pour un traitement administré lors de la petite enfance ou même lors de la période fœtale. Cependant, nous pouvons tous nous réjouir que de meilleurs mucolytiques, de meilleurs antibiotiques, de meilleurs traitements contre le rejet immunitaire et de meilleurs anti-inflammatoires améliorent les thérapies aujourd’hui et maintenant. Il faut remercier, et soutenir, les organisations caritatives de lutte contre la mucoviscidose ainsi que les groupes de recherches qui expérimentent une telle variété d’approches car cela permet de continuer d’améliorer la situation des personnes malades, peut-être pas de façon spectaculaire, mais en tout cas de manière régulière pour les années à venir.

Cet article est dédié à la mémoire de Sam Hillyard qui l’avait initialement commandité.

Christopher Boyd PhD
UK CF Gene Therapy Consortium
Medical Sciences (Medical Genetics)
University of Edinburgh
Molecular Medicine Centre
Western General Hospital
Crewe Rd
Edinburgh
EH4 2XU UK
Mis à jour en janvier 2005

Résumé
Des avancées importantes ont été réalisées dans notre compréhension des origines de la mucoviscidose au niveau cellulaire et moléculaire. Cet article examine, du point de vue d’un scientifique, la manière dont ces avancées ont été traduites en terme clinique pour traiter les maladies pulmonaires fibro-kystiques à l’aide de médicaments conventionnels et de thérapie génique.

Introduction

Bien que l’espérance de vie des patients ait été multipliée par trente depuis 1940, il nous manque toujours un traitement réellement efficace pour la mucoviscidose affectant les voies respiratoires. Pourquoi ? Une des raisons réside dans le fait que la cause première de la maladie est restée inconnue jusqu’à la découverte du gène CFTR (cystic fibrosis trans-membrane conductance regulator) par Lap Chee Tsui et son équipe à Toronto, en 1989. Il apparut alors que le défaut moléculaire principal de la mucoviscidose était une protéine défectueuse qui jouait normalement le rôle de canal chlore. Mais il ne s’agissait que d’un début : il a fallu toutes ces années pour élaborer notre compréhension actuelle de la manière dont ce défaut microscopique provoque à terme des infections et des lésions aux poumons atteints de la maladie. Nos connaissances ne sont sûrement pas complètes et beaucoup de points ont besoin d’être approfondis. L’idée la plus répandue est que le gène CFTR défectueux provoque une absorption de l’eau contenue dans le liquide qui protège les voies respiratoires : cette couche fine, mais visqueuse, empêche les cellules ciliaires (poils très fins recouvrant l’intérieur des alvéoles pulmonaires) de battre et empêche ainsi les mécanismes d’évacuation du mucus de fonctionner efficacement. Ainsi, les particules inhalées sont retenues prisonnières à la surface des voies aériennes pendant longtemps et les bactéries peuvent proliférer et provoquer des maladies pulmonaires.
Il existe deux approches thérapeutiques fondamentales. La première consiste à cibler les problèmes pulmonaires, c’est-à-dire, s’attaquer aux infections microbiennes ou tenter de modifier la couche de mucus. La seconde consiste à cibler les causes premières de la maladie, c’est-à-dire refaire fonctionner la protéine CFTR défectueuse ou bien la remplacer par thérapie génique ou à l’aide d’autres moyens. Les thérapies ciblant les causes premières sont plus souhaitables pour le traitement de la mucoviscidose mais il est indéniable que de tels traitements sont difficiles à développer.


Du concept aux essais cliniques : le long parcours

Le temps est le principal obstacle à l’émergence de nouveaux traitements contre les maladies. Le modèle de recherche pharmaceutique s’est développé depuis plusieurs décennies et connaît aujourd’hui trois phases : (1) le développement du médicament et les premiers tests, (2) les essais cliniques (Phases I, II, III et IV) et (3) l’approbation des autorités compétentes. Le développement d’un médicament prend habituellement une quinzaine d’années entre sa conception et son usage médical, pour un coût d’environ 500 millions de dollars. De plus, il ne faut pas oublier que seule une infime proportion des médicaments qui sont arrivés en phase de développement et de test est retenue et parvient au stade de l’utilisation clinique. La bonne nouvelle est que les techniques modernes telles que le criblage haut débit et une meilleure coordination des essais cliniques au niveau international pourrait rapidement ramener la durée de ce processus à 7-10 ans et réduire de plusieurs fois le coût total. La Cystic Fibrosis Foundation (CFF) américaine a été à l’avant-garde de cette approche dans son programme de développement thérapeutique lancé en 19981. Les progrès technologiques ont permis de tester rapidement plusieurs milliers de composés par jour. La CFF a commencé à parrainer cette nouvelle technologie en 2000 en offrant des subventions directement aux compagnies pharmaceutiques (Aurora Biosciences, par exemple) et aux sites universitaires de l'équipe d’Alan Verkman afin de soutenir la découverte de traitements majeurs et des programmes de développement. Au début de l’année 2004, la CFF était engagée dans 9 études pré-cliniques utilisant des modèles animaux et 14 essais cliniques avec des sujets humains.

Traitement des effets de la mucoviscidose

La thérapie symptomatique de la zone pulmonaire peut être directe, en ciblant les bactéries elles-mêmes à l’aide d’antibiotiques ou de vaccins, ou indirecte, en limitant les effets des dommages créés par les bactéries ou le processus inflammatoire. Nous considérerons ici les deux lignes d’attaque.

Agents anti-bactériens

La bactérie Pseudomonas aeruginosa est un des principaux agents pathogènes présents dans les poumons atteints de mucoviscidose. Le contrôle des Pseudomonas est crucial dans le traitement de la maladie et on a utilisé beaucoup d’approches basées sur les antibiotiques pour les traiter. Mais le problème qui se pose avec la prescription d’antibiotiques par voies normales est que cette prescription requiert de fortes doses. Ces dernières années, le TOBI (Chiron Corporation), forme de tobramycine en aérosol, est entré dans le domaine clinique et s’est avéré plus efficace sur le contrôle de Pseudomonas en envoyant le médicament directement dans les poumons. Un autre antibiotique, la colimycine (Pharmax) est également utilisé de la même manière. Cependant, le problème de tous les antibiotiques est l’émergence de la résistance bactérienne. Des données récentes venues du Royaume-Uni suggèrent que la résistance des antibiotiques les plus fréquemment utilisés contre les Pseudomonas de la mucoviscidose pulmonaire est en train d’augmenter de manière préoccupante : il nous faut prescrire les antibiotiques plus prudemment et surveiller les processus de résistance plus régulièrement afin de préserver l’aide apportée par les antibiotiques sur le long terme.
Une autre approche intéressante de la lutte contre les Pseudomonas pulmonaires réside dans la vaccination à base d'ADN nu, qui est encore dans sa phase pré-clinique. S’il passe les tests avec succès, ce vaccin à base d’ADN pourrait être injecté aux nouveau-nés et leur offrir une longue immunité contre l’infection des poumons par Pseudomonas.

Traitement du mucus
Une des grandes caractéristiques de la mucoviscidose est la viscosité du liquide recouvrant les voies aériennes qui favorise la colonisation des bactéries et d’autres agents pathogènes. Par un effet de cercle vicieux, la présence importante d’ADN issus des neutrophiles endommagés (cellules impliquées dans la défense des poumons et présentes en grand nombre dans la mucoviscidose) aggrave la viscosité du mucus dans les poumons atteints de mucoviscidose. L’idée que les thérapies visant à détruire l’ADN des cellules endommagées réduiraient la viscosité du mucus et donc, favoriserait son évacuation, a conduit au développement et à l’usage répandu du Pulmozyme (Genentech Corporation). Le Pulmozyne est une forme de recombinant (ADN créé artificiellement à partir de plusieurs sources et incorporé dans une molécule recombinante) de dnase humaine administré sous forme d’aérosol.

Le nacystelyn est venu récemment concurrencer le pulmozyne pour ce type de traitement. Il s’agit d’un dérivé du supplément alimentaire N-acétyl-cystéine, qui a déjà eu des utilisations thérapeutiques contre la mucoviscidose pulmonaire. En 2002, une équipe internationale menée par le docteur App a montré dans un essai clinique l’efficacité du nacystelyn (inhalé sous forme de poudre sèche) pour le traitement des défauts d’évacuation du mucus. Le nacystelin s’est avéré pouvoir augmenter la proportion d’eau dans le mucus - propriété souhaitable - tout en le rendant moins visqueux. L’essai n’a pas montré d’effets secondaires importants mais il reste à savoir comment se comporte le nacystelyn lors d’essais plus étendus. Cette approche consistant à apporter de légères modifications à des médicaments existants pour augmenter leur efficacité s’avère une stratégie précieuse pour la recherche pharmaceutique car elle peut court-circuiter les périodes de certaines longues phases de développement.

Stimulation de canaux ions auxiliaires
En Caroline du Nord, l'équipe du docteur Richard Boucher recherche des traitements capables de stimuler des canaux chlore autres que la protéine CFTR et qui pourraient se substituer à sa fonction défectueuse. Les résultats d’une étude sur une des molécules candidates, INS37217, ont été rendus publics en 2002. Cette molécule est la dernière d’une série appelée activateurs de récepteur P2Y qui possèdent l’effet recherché. Ce qui est nouveau avec l’INS37217 est que cette molécule apparaît plus stable dans les sécrétions du malade (et peut donc maintenir son activité plus longtemps) que les autres médicaments de ce type. Curieusement, elle augmente la production de mucus et le battement des cellules ciliaires. L’évaluation clinique de l’INS37217 est en cours.

Lutte contre les inflammations

L’inflammation est une des manifestations principales de la mucoviscidose, dont les causes premières restent inexpliquées. Les neutrophiles, globules blancs qui constituent les premières défenses contre les infections bactériennes, sont impliqués dans la réponse inflammatoire qui produit des enzymes appelés protéases dont la première fonction est de tuer les bactéries. L’épithélium des voies aériennes (membranes recouvrant les voies aériennes) produit des anti-protéases pour empêcher les protéases de s’attaquer et d’endommager le poumon lui-même. L'excès de neutrophiles causé par la mucoviscidose génère une quantité trop importante de protéases pouvant être traitées par les anti-protéases pulmonaires et il en résulte malheureusement des lésions pulmonaires. On a pensé à une thérapie consistant à apporter plus d’une anti-protéase naturelle, l’alpha-1-antitrypsine (AAT) afin de restaurer l’équilibre protéases / anti-protéases. Il a été montré que l’alpha-1-antitrypsine recombinante fonctionnait bien lorsqu’elle était utilisée en aérosol, mais cette approche thérapeutique comporte de nombreux inconvénients. Le docteur Pam Davis et son équipe ont alors développé une approche plus élaborée, dans laquelle l’alpha-1-antitrypsine est associée à une protéine de ciblage de manière à ce que la molécule soit transportée jusqu’à la surface des cellules épithéliales et secrétée à l’emplacement de l’action désirée. À l’heure actuelle, les tests ont été menés avec succès sur des cultures en laboratoire de sections de trachées humaines. D’autres équipes travaillent actuellement sur d’autres stratégies anti-protéases s’attaquant au même défaut inflammatoire. Ce mode de traitement est très prometteur mais s’il atteint le stade clinique, il est vraisemblable qu’il ne puisse profiter qu’aux personnes connaissant les premiers stades de la maladie.

On s’est beaucoup intéressé récemment aux traitements non stéroïdiens des inflammations pulmonaires de la mucoviscidose pour éviter les effets secondaires liés aux traitements à base de corticostéroïdes. L’ibuprofène, anti-inflammatoire non stéroïdien très connu, a passé un test clinique auprès de patients atteints de mucoviscidose avec des résultats très encourageants avec une réduction du déclin des fonctions pulmonaires. Cependant, on a découvert une toxicité indésirable apparaissant lors de l’usage conjoint de l’ibuprofène avec un antibiotique de la famille des aminoglycosides. Les médecins restent donc prudents quant à l’utilisation de l’ibuprofène jusqu’à ce qu’un moyen d’éviter ces interactions toxiques soit définitivement mis au point.

Enfin, les propriétés anti-inflammatoires des antibiotiques appelés macrolides sont de plus en plus étudiées dans les recherches contre la mucoviscidose. Ces médicaments pourraient fonctionner à différents niveaux. Par exemple, la clarithromycine, antibiotique de la famille des macrolides, s’est avérée pouvoir désorganiser l’environnement du biofilm qui favorise la prolifération de Pseudomonas dans les poumons infectés. Il y a eu également un regain d’intérêt pour l’azithromycine en particulier, dont le succès dans le traitement de la panbronchiolite diffuse a inspiré son utilisation pour la mucoviscidose. Différents essais cliniques ont déjà eu lieu et ils montrent des résultats prometteurs sur les fonctions pulmonaires des malades atteints de mucoviscidose. Cependant, le mode d’action des microlides dans le traitement de la maladie n’est pas encore très bien expliqué, même si l’on pense que leurs propriétés anti-inflammatoires doivent dominer. Les résultats obtenus avec l’azithromycine semblent assez encourageants pour que l’on commence à voir son utilisation recommandée sous certaines conditions chez des patients comme complément de thérapies plus solidement établies. Nous ne sommes plus très loin d’un consensus sur son efficacité et nous avons encore besoin d’essais randomisés et contrôlés sur un grand nombre de patients pour pouvoir déterminer son efficacité ainsi que son dosage optimal avec précision.

Traitement des causes premières de la mucoviscidose

L’attrait des thérapies ciblant la protéine CFTR réside dans le fait qu’elles pourraient potentiellement traiter tous les symptômes liés à la protéine défectueuse. Presque toutes les thérapies de cette approche en sont encore aux premiers stades de leur développement. Il est important de se rappeler que beaucoup de composés fonctionnent très bien durant les expériences en laboratoire et que les systèmes modélisés simples ne se traduisent pas, dans beaucoup de cas, en médicaments utiles pour les animaux vivants, de par leur toxicité et autres effets indésirables.

La protéine CFTR comme cible des médicaments
Notre connaissance détaillée de la protéine CFTR est appliquée dans la recherche de traitements thérapeutiques qui améliorent le fonctionnement de la protéine défectueuse ou, comme nous l’avons vu, qui stimulent l’activité d’autres protéines qui pourraient la remplacer. Certaines molécules ont émergé très tôt dans l’histoire de la protéine CFTR et sont encore d’une très grande valeur pour la recherche en laboratoire. Mais elles ne sont pas encore arrivées au stade de l’utilisation clinique. Le genistein, activateur de CFTR, en est un exemple bien connu. Pourtant, le genistein pourrait jouer un rôle clinique : une proposition d'essai clinique au Children's Hospital de Philadelphie d’une combinaison thérapeutique comprenant du phénylbutyrate et du genistein recrute des patients (identifiant NLM NCT00016744).
Ces dernières années, le docteur Freedman et d’autres personnes aux Etats-Unis ont évoqué la possibilité que l’acide docosahéxaénoïque (DHA), un acide gras poly-insaturé utilisé comme additif alimentaire, puisse être utilisé pour traiter la mucoviscidose. Cette idée a suivi la publication de recherches montrant que le déséquilibre en acide gras arachidonique / DHA pouvait être corrigé de cette manière. Cependant, ces travaux sont encore en phase pré-clinique et l’intérêt initial pour cette approche a beaucoup diminué.

La mutation F508del

Beaucoup de patients sont affectés par la variante F508del de la mucoviscidose. Il n’est donc pas surprenant qu’une grande attention ait été portée sur les propriétés de cette protéine. Des médicaments dits activateurs protéiques, qui simulent les effets bénéfiques de la croissance dans le froid, font l'objet de recherches actives. Cependant, une telle substance ne serait peut-être pas suffisante : quand la protéine F508del atteint la surface des cellules, elle est moins opérationnelle chez les patients que la protéine CFTR normale. Il est donc possible que nous ayons également besoin de découvrir des substances stimulant l’activité de la protéine F508del.

Il existe plusieurs substances expérimentales pouvant activer la CFTR-F508del. Elles comprennent des membres MPB de la famille des benzo(c)quinolizines. A Cardiff, le docteur Bob Dormer et son équipe, en collaboration avec l'équipe du docteur Fred Becq de Poitiers, ont montré que le traitement de cellules nasales F508del avec des composés MPB a pour résultat un meilleur cheminement de la protéine CFTR vers les surfaces extérieures de la cellule. Sous certaines conditions, les mêmes composés ont également pu stimuler le fonctionnement des canaux chlore.

La thapsigargine, inhibiteur de la pompe à calcium, est un autre médicament connu pour posséder les mêmes effets bénéfiques sur les cellules F508del, comme l’a montré à Yale en 2002 le docteur Marie Egan et son équipe. Ces travaux sont en désaccord avec d’autres travaux publiés suggérant que la thapsigargine avait pour effet d’inhiber le fonctionnement propre des protéines. Le docteur Egan affirme de son côté que certaines protéines comme la CFTR-F508del font exception à cette règle. Nous attendons donc avec intérêt une clarification sur les effets de la thapsigargine sur la protéine CFTR-F508del. Le docteur Egan et son équipe ont rapporté en 2004 qu’un composé proche, le curcumin, composant de l’épice curcuma, avait corrigé le défaut de la protéine CFTR-F508del chez des souris. Malheureusement, l’étude en phase 1 chez des patients n’a montré aucun effet sur la protéine CFTR-F508del. De plus, des scientifiques d’autres laboratoires ont été incapables de retrouver les effets bénéfiques du curcumin chez des souris.

Les méthodologies de criblage à haut débit (voir ci-après) offrent la possibilité d’augmenter de manière très importante notre répertoire d’activateurs protéiques.

Autres formes de mutation de la protéine CFTR
L’attention des scientifiques n’est pas toute concentrée sur la protéine CFTR-F5408del : de nombreuses recherches se consacrent à la découverte et à l’analyse de substances pouvant activer toutes les formes de mutation de la protéine CFTR. Par exemple, le docteur David Sheppard et son équipe de Bristol étudie la phloxine B et d’autres composés similaires d’une famille des colorants alimentaires utilisés commercialement. Dans des études précédentes, ces composants s’étaient révélés pouvoir activer et inhiber la protéine CFTR dans des systèmes de culture de cellules. Cette famille de substance est particulièrement intéressante car elle est déjà utilisée dans l’alimentation. Son absence de toxicité est déjà connue, ce qui offre donc la perspective d’essais cliniques plus courts.

Le criblage à haut débit (HTS - High Throughput Screening)

Un exemple de l’utilisation du criblage à haut débit est fourni par le docteur Alan Verkman et son équipe (San Francisco) qui ont entrepris un programme de recherche de substances financé par le CFF. Dans leur première étude, des centaines de flavones et de dérivés de benzoquinolizines ont subi un screening dans un système cellulaire spécial conçu pour détecter les substances affectant l’activité de la protéine CFTR. Certains 7,8-benzoflavones se sont montrés très actifs et un composé en particulier s’est trouvé être un inhibiteur puissant de l’activité de la protéine CFTR. Si cette substance n’est pas encore utilisable auprès des patients atteints de mucoviscidose, elle vient s’ajouter à la liste des molécules qui feront l’objet de recherches en laboratoire. Il est également possible qu’elle puisse trouver une application clinique dans le traitement de maladies comme le choléra. Après ce début prometteur, l'équipe du docteur Verkman aidée par d’autres chercheurs, passe à une étape supérieure en faisant subir un screening à plus de 100 000 composés afin de rechercher des substances capables d’activer la protéine CFTR défectueuse. De grands progrès ont été réalisés et on a identifié un inhibiteur de la CFTR qui pourrait jouer un rôle dans le traitement du choléra. Les composés les plus prometteurs dans l’activation in vitro de la protéine CFTR sont en cours d’évaluation in vivo. Mais il est encore trop tôt pour dire si l’un d’entre eux trouvera une application clinique finale.

Gènes modificateurs

Comme pour beaucoup d’autres maladies génétiques, la progression de la maladie varie selon les patients. L’environnement est le facteur le plus important de cette variabilité, mais la constitution génétique de la personne a également son importance. Par exemple, pourquoi certains patients F508del deviennent gravement malades au début de leur vie alors que d’autres restent en bonne santé jusqu’au milieu de leur vie, voire davantage ? Nous savons qu’il existe certains gènes de protéines qui :
(i) interagissent directement avec la protéine CFTR ;
(ii) fonctionnent comme canaux ions ;
(iii) prennent part à la réponse inflammatoire et
(iv) possèdent une activité anti-bactérienne directe.

De tels gènes, ainsi que d’autres encore, sont des gènes modificateurs potentiels, qui influencent la gravité de la progression de la maladie. A titre d’exemple, supposons qu’il existe un gène X responsable d’un canal ion P et que X existe sous deux formes, dont l’une pourrait produire une version de P plus bénéfique que l’autre. Les patients porteurs de la forme la plus bénéfique de X pourraient montrer des symptômes moins graves de la maladie parce que la forme la plus active de P pourrait compenser en partie la protéine CFTR défectueuse.

La souris s’est avérée un outil précieux qui a permis d’identifier rapidement des gènes modificateurs en utilisant des programmes d’élevage minutieusement conçus. En outre, la génomique et la protéomique facilitent l’identification de tels gènes, grâce à leur disciplines qui se consacrent aux nouveaux moyens de recherche des différentes expressions d’un grand nombre de gènes et de protéines de manière simultanée. Une fois un gène modificateur identifié chez la souris, son rapport avec la maladie chez l’humain peut être testé en analysant le gène humain équivalent à l’intérieur d’une même famille et spécialement chez des jumeaux atteints de mucoviscidose. Les protéines et des gènes modificateurs de la maladie ayant confirmé leur existence chez l’homme seront la cible de nouveaux médicaments et élargiront ainsi de manière significative l’étendue des médicaments à développer pour le traitement de la mucoviscidose.

Thérapie génique

La thérapie génique de la mucoviscidose consiste à transférer des gènes CFTR normaux (habituellement sous la forme d’ADN) vers les cellules des voies respiratoires du patient où ils pourront produire des protéines CFTR indemnes et rétablir de cette façon le fonctionnement normal des cellules. Dès que le gène CFTR a été découvert, le concept de thérapie génique pour la mucoviscidose a fait l’objet d’une promotion enthousiaste et plusieurs équipes du monde entier ont relevé le défi de le développer. On a pensé que la mucoviscidose représentait une maladie parfaite pour le traitement par thérapie génique pour deux raisons principales. D’abord, parce que le tissu affecté, l’épithélium des voies aériennes pulmonaires, était facilement accessible et ensuite, parce qu’on croyait que le remplacement de seulement 5% des fonctions CFTR normales suffirait à corriger le défaut de la protéine. Ces deux raisons sont toujours valables, mais les premières tentatives de transfert du gène normal chez les patients se sont avérées décevantes, que le gène soit transféré par un virus modifié ou par un transporteur synthétique. Des essais cliniques ont prouvé que le procédé était sûr, que le gène pénétrait bien dans les cellules pulmonaires et que la protéine CFTR fonctionnelle était bien produite, mais les niveaux de production étaient bas et le gène normal cessait d’opérer après quelques jours.

Il apparaît maintenant clairement que l’épithélium pulmonaire présente une série de barrières impressionnantes à la thérapie génique. Ces barrières ont évolué depuis des millions d’années pour devenir des systèmes de défense contre l’invasion d’agents pathogènes et pour garder les poumons propres et sains pour les passages et les échanges gazeux. Pour l’épithélium, les complexes de la thérapie génique représentent juste un type d’envahisseurs qu’il convient de repousser. La durée très courte de l’expression des gènes observée dans les premiers essais révèle un aspect de ces défenses pulmonaires qui ont évolué de manière à désactiver les gènes d’envahisseurs malveillants tels que les virus. Les poumons atteints de la mucoviscidose représente une cible encore plus difficile à atteindre car la couche visqueuse de mucus capture physiquement les complexes de la thérapie génique et empêche leur entrée efficace dans les cellules.

Le plus grand défi pour la recherche d’une thérapie génique de la mucoviscidose implique donc l’ouverture de brèches dans ces barrières de défense. Nous avons déjà appris beaucoup sur les virus comme les adénovirus qui ont développé des moyens efficaces pour pénétrer dans les cellules. En fait, les virus modifiés ont été les transporteurs (ou vecteurs) les plus utilisés pour le transport du gène normal CFTR dans la thérapie génique. Cependant, à moins que nous trouvions une solution pour que les gènes introduits opèrent sur une longue durée, nous allons avoir besoin d’administrer les complexes de thérapie génique à intervalles réguliers. L’efficacité du système immunitaire (même chez les patients atteints de mucoviscidose) à construire une immunité à terme contre les virus indique que ceux-ci ne peuvent pas être utilisés actuellement comme transporteurs dans une thérapie génique. Ainsi, on a signalé récemment des effets négatifs de l’utilisation de virus lors d’essais cliniques de thérapie génique (qui ne concernaient pas la mucoviscidose). Du fait de ces effets négatifs et d’autres inconvénients déjà révélés des virus, des efforts plus importants sont portés sur le développement d’agents non-viraux ou synthétiques pour le transfert du gène CFTR. Le principal inconvénient des méthodes de transfert non-virales est leur inefficacité relative. Mais de nouvelles méthodes sont en cours de développement, comprenant notamment l’ajout de petites parties de protéines qui permettrait au complexe de s’installer dans les cellules épithéliales. Avec de tels moyens, nous commençons à améliorer l’efficacité du transfert et nous espérons concevoir des formules efficaces dans un avenir proche.

Développements récents

Deux essais de thérapie génique ont été signalés récemment aux Etats-Unis. Dans le premier essai, en phase II, un virus adéno-associé recombinant transportant le gène CFTR a été administré dans les sinus maxillaires de 23 patients ayant subie une antrostomie (ouverture opérée dans les sinus à des fins de drainage). Bien que le traitement ait été bien conduit et bien toléré, les mesures finales n’ont pas montré statistiquement de changements significatifs et il est difficile de conclure que l’intervention a eu un effet positif.

Dans le deuxième essai (en phase I), une formulation propriétaire non-virale contenant des nanoparticules d’ADN compactée a été utilisée pour transporter le gène CFTR dans le nez de 12 patients. Aucun effet secondaire important n’a été relevé et de manière intéressante, comme dans les premiers essais nasaux, on a observé une tendance correctrice du défaut de différence potentielle chez une proportion des patients traités. Les résultats viennent d’être publiés intégralement, confirmant une reconstitution partielle des fonctions de la protéine CFTR. D’autres études sont en cours sur cette formulation prometteuse.

De nouvelles approches de thérapies géniques pour la mucoviscidose

Le CF Trust a créé le CF Gene Therapy Consortium (UKCFGTC) du Royaume-Uni qui regroupe les efforts des trois principaux centres de thérapie génique de la mucoviscidose : Oxford University, Londres (Imperial College) et Edinburgh University. Le but de ce consortium est de développer des formulations efficaces pour l’utilisation clinique. Cette initiative ambitieuse nous a permis de rassembler nos ressources pour évaluer et concevoir de nouvelles approches de thérapies géniques pour la mucoviscidose. Nous concentrons nos efforts pour démarrer un essai clinique en 2006 et les tests pré-cliniques d’une série d’agents de transfert du gène sont en cours. D’autres approches faisant l’objet d’études par le UKCFGTC - dont certaines plus futuristes que d’autres - sont décrites dans les paragraphes suivants.

Augmentation de la production de protéine CFTR sur une plus grande durée
Comme nous l’avons mentionné plus haut, les vecteurs de thérapie génique de la première génération ne fonctionnaient que sur une courte durée. En conséquence, il est nécessaire d’améliorer la conception de ces vecteurs pour installer des effets bénéfiques cliniques sur le long terme. Notre équipe à Edimbourg conçoit et évalue actuellement de grands vecteurs comportant beaucoup plus de gène CFTR que celui présent dans les vecteurs conventionnels, en espérant qu’il en résultera une expression prolongée du gène avec un plus grand degré de précision des cellules et des tissus ciblés. Nous commençons actuellement à améliorer l’efficacité du transfert et nous envisageons de tester ces vecteurs in vivo.
Une importante découverte issue des premiers essais non-viraux de thérapie génique fut que l’ADN utilisé étant d’origine bactérienne, il était reconnu comme étranger par les cellules pulmonaires et déclenchait des mécanismes de défense spécialisés provoquant une inflammation. Nous connaissons maintenant les caractéristiques de l’ADN qui induisent ce mécanisme. L’application immédiate de ces connaissances a lieu à Oxford où des scientifiques de l’UKCFGTC développent de petits vecteurs avec des séquences améliorés du gène CFTR qui sont conçus pour produire de la protéine CFTR de manière prolongée et non-inflammatoire.

Cellules souches

On réfléchit actuellement à l’idée d’une thérapie fondée sur les cellules souches. Les cellules souches sont des cellules progénitrices (ancêtres) dont on pense qu’elles existent dans presque tous les organes, y compris les poumons, et qu’elles se divisent quand le besoin se présente pour remplacer les cellules mourantes ou mortes. Le but est d’isoler et de multiplier en laboratoire des cellules souches des poumons du patient. Durant ce processus, on pourrait y intégrer le gène normal CFTR. Les cellules corrigées pourraient alors être réintroduites dans le corps du patient où elles s’établiraient dans la zone appropriée des voies aériennes. Si un nombre suffisant de cellules souches corrigées pouvait être amené à s’établir de cette façon, elles pourraient fournir une quantité permanente de cellules épithéliales produisant de la protéine CFTR normale et donc, atténuer la maladie. Nous ne pouvons pas encore savoir comment nous pouvons mettre cela en pratique, mais les dernières avancées spectaculaires de la recherche sur les cellules souches nous amènent à croire que cette approche vaut la peine d’être poursuivie, bien qu’elle s’avère être un objectif à long terme. Nous sommes encouragés par le succès de la thérapie génique basée sur la moelle osseuse, qui s’est montrée efficace dans le traitement de bébés souffrant de déficit immunitaire combiné sévère (SCID) lié à l’X.

Électroporation
Comme nous l’avons vu, le transfert d’ADN vers des cellules pulmonaires est difficile. Un moyen de fournir de l’énergie pour obliger l’ADN à entrer dans les cellules est l’électroporation, dans laquelle de courtes pulsations électriques sont utilisées pour créer des trous minuscules dans les cellules, permettant à l’ADN d’entrer. Ce procédé est utilisé depuis plusieurs années dans le cadre des laboratoires mais les chercheurs ont montré qu’il peut fonctionner in vivo. Le nouveau défi à relever est de développer des moyens sûrs et efficaces de mener des procédures comme l’électroporation dans les poumons des patients. L’UKCFGTC évalue actuellement la possibilité que l’électroporation soit un moyen faisable d’améliorer le transfert de thérapie génique dans les poumons. Il ne s’agit que de l’une des méthodes physiques d’aide au transfert de gène évaluées par l’UKCFGTC.

Réparation du gène défectueux

Plutôt que de transférer une copie entière du gène CFTR, de nombreux efforts commencent récemment à se tourner vers la réparation du gène mutant lui-même. En résumé, l’idée est de transférer une petite partie de l’ADN du gène CFTR normal qui pourrait servir de modèle à la machine cellulaire pour réparer la partie mutante du gène CFTR résident. Cette méthode fonctionne avec des résultats variables en laboratoire, mais l’UKCFGTC, avec d’autres scientifiques, ont découvert que son efficacité dans les cellules épithéliales était vraiment faible Si cette méthode reste intéressante dans son principe, nous devons démonter clairement que son efficacité peut être grandement accrue dans les cellules cibles avant de réétudier cette approche de la thérapie génique pour la mucoviscidose.
Le docteur Engelhardt et son équipe ont développé une approche parallèle en corrigeant l’ARN messager (mRNA) du gène CFTR plutôt que son ADN. La cellule produit en effet un message, ou ARN messager, copié à partir de l’ADN de chaque gène qu’elle utilise ensuite pour fabriquer une protéine. En utilisant une procédure très complexe, ils ont pu corriger la mutation F508del dans des cellules et chez des souris. L’efficacité de cette procédure est actuellement trop faible pour une application clinique in vivo. Cependant, elle pourrait trouver une application clinique comme élément d’une thérapie génique basée sur les cellules souches.

Conclusion

Il est difficile de persuader les grands groupes pharmaceutiques d’investir des sommes importantes dans des traitements de la mucoviscidose, qui est, après tout, une maladie relativement rare. Le statut de maladie orpheline de la mucoviscidose signifie que ce sont des équipes universitaires subventionnées par des organisations caritatives qui fournissent la plus grande part du travail de recherche. Pourtant, tous les outils de haute technologie pour le développement de médicaments et de la thérapie génique sont mis en œuvre avec enthousiasme pour le traitement de la mucoviscidose. L’association américaine CFF soutient activement un programme de recherches intensives pour découvrir de nouveaux médicaments. De nouveaux composés avec des propriétés intéressantes ont déjà vu le jour et il est certain que d’autres seront produits dans un avenir proche. Des substances mobilisant la protéine CFTR-F508del dans une forme active vers la surface de la cellule in vivo sont attendues avec impatience.
Pour toutes les raisons discutées plus haut, la thérapie génique s’est montrée plus difficile à développer qu’il avait été initialement espéré. Cependant, ces dernières années ont vu des succès notables de la thérapie génique dans d’autres maladies et des recherches plus poussées telles que celles entreprises par l’UKCFGTC accélèreront les progrès. Le transfert efficace de vecteurs vers les cellules pulmonaires reste un des défis les plus difficile à relever mais une des nouvelles méthodes de transfert physique en cours d’évaluation devrait nous aider à franchir le seuil d’efficacité requis pour en tirer des bénéfices cliniques.
Il est impossible de prédire si le traitement efficace de la mucoviscidose sera basé sur des médicaments ou sur la thérapie génique : les deux approches ont leurs propres avantages et leurs difficultés. Beaucoup pensent qu’un traitement combinant des éléments pharmaceutiques et de thérapie génique sera celui de la réussite.
Des organisations comme Cystic Fibrosis Worldwide et les associations nationales de lutte contre la mucoviscidose ont un rôle important à jouer en encourageant la coordination multi-centres des essais cliniques. Elle sera nécessaire pour accélérer l’évaluation de nouvelles thérapies. Elles fournissent également des forums précieux où les médecins, les scientifiques et les patients peuvent se rencontrer et échanger leur opinion sur la manière de faire progresser le traitement de la maladie.

Remerciements
Je voudrais remercier ici le UK CF Trust qui soutient mes recherches ainsi que mes collègues de la communauté de recherche sur la mucoviscidose, notamment ceux du UK CF Gene Therapy Consortium, pour leurs échanges qui m’ont été précieux.
Christopher Boyd PhD
UK CF Gene Therapy Consortium
Medical Sciences (Medical Genetics)
University of Edinburgh
Molecular Medicine Centre
Western General Hospital
Crewe Rd
Edinburgh
EH4 2XU UK
Mis à jour en janvier 2005

Notes de l’éditeur :
Pour obtenir la liste des références pour cet article, veuillez nous contacter à
editor@cfww.org

Les pages Internet suivantes fournissent des informations supplémentaires sur des essais de médicaments spécifiques :

http://www.cff.org/research/cystic_fibrosis_foundation_therapeutics/
therapeutics_devl_network/

http://www.clinicaltrials.gov/show/NCT00016744)
http://www.cff.org/news/press_releases.cfm?ID=85