Comprendre les maladies des voies respiratoires dans le JEB (2023)

Seize bébés présentant des symptômes des voies respiratoires ont subi des tests génétiques qui ont montré que treize d'entre eux souffraient de JEB, deux d'EBS et un de RDEB. Un gène spécifique de la laminine (LAMA3) présentait des modifications génétiques chez dix des patients, ce qui suggère que, bien que les voies respiratoires puissent être affectées par d'autres types d'EB, ce symptôme est plus probable si la modification génétique concerne LAMA3. Les modifications génétiques dans les gènes de la laminine empêchent la production de la protéine laminine et provoquent des symptômes de JEB, car les cellules de la peau ne peuvent pas adhérer correctement sans elle.

Des biopsies des voies respiratoires de quatre des patients ont été utilisées pour cultiver des cellules « EB des voies respiratoires » en laboratoire. Les chercheurs ont montré qu’il leur manquait la protéine laminine fabriquée à partir du gène LAMA3. Comparées aux cellules provenant de personnes sans EB, les cellules « EB des voies respiratoires » étaient moins efficaces pour adhérer à une boîte de culture cellulaire. La thérapie génique a été développée pour introduire un gène LAMA3 fonctionnel dans les cellules « EB » des voies respiratoires. Lorsque les cellules ont commencé à produire des protéines à partir du nouveau gène, elles sont devenues aussi efficaces que les cellules non-EB pour adhérer à la boîte de culture cellulaire.

À l’avenir, ces cellules devront être cultivées de manière à ce que les chirurgiens puissent les utiliser pour remplacer les morceaux de voies respiratoires endommagées chez les patients atteints d’EB. Pour confirmer que cela est possible, les chercheurs se sont entraînés sur un modèle, en utilisant des supports imprimés en 3D pour transformer des cellules des voies respiratoires en greffons et en les transplantant avec succès.

Cette thérapie génique nécessite une optimisation plus poussée avant de pouvoir aider les personnes présentant des symptômes des voies respiratoires de l'EB, mais cette recherche montre que ce type de traitement est possible.

Les résultats de ces travaux ont été publiés en 2024 : L'expression lentivirale du type sauvage LAMA3A rétablit l'adhésion cellulaire dans les cellules basales des voies respiratoires d'enfants atteints d'épidermolyse bulleuse et décrit dans un article de commentaire : De LAMA3 et LAMB3 : Une nouvelle thérapie génique pour l’épidermolyse bulleuse. Le travail a également été couvert par epidermolysisbullosanews.com dans un article en langage simple : L’approche de thérapie cellulaire et génique est prometteuse pour les enfants atteints d’EB.

Un virus génétiquement modifié a été utilisé pour introduire avec succès des gènes de laminine fonctionnels dans des cellules issues de biopsies de patients. Ce processus a été répété et amélioré pour trouver le meilleur moyen d'introduire le nouveau gène dans autant de cellules que possible. Les chercheurs peuvent montrer que la protéine laminine est fabriquée dans les cellules des patients après ce traitement et que les cellules se collent mieux.

Des feuilles de protéines ont été fabriquées et se sont avérées adaptées à la croissance d'une couche de cellules cutanées. Ce processus permet de réaliser un greffon qui sera testé pour voir si les cellules survivent. Si cela fonctionne, des greffes de cellules traitées des patients peuvent être créées.

Responsable de la recherche :

M. Colin Butler, Pediatric ENT Fellow / Honorary Senior Lecturer, UCL Great Ormond Street Institute of Child Health, Londres

Colin Butler est chercheur clinicien ORL à l'hôpital Great Ormond Street et s'intéresse particulièrement au traitement des enfants souffrant de problèmes respiratoires importants. Il a entrepris une bourse de recherche en chirurgie dans ce domaine et a de l'expérience dans la transplantation de peau dans les voies respiratoires. Il fait maintenant partie d'une équipe traitant des enfants atteints d'EB affectant leurs voies respiratoires. Son doctorat a été en médecine régénérative et a reçu une bourse Wellcome pour étudier la manière d'étendre les cellules souches des voies respiratoires adultes vers des thérapies épithéliales pour les voies respiratoires. Il a publié de nombreux articles dans le domaine des voies respiratoires et a acquis de l'expérience dans le développement de produits « de la paillasse au chevet du patient ».

Co-candidats :

Professeur Sam Janes, Chef du Département de Recherche Respiratoire à l'UCL ; Professeur Paolo De Coppi, Spécialiste Néonatologie à l'UCL – En collaboration avec : Dr Gabriela Petrof, Dr Anna Martinez, M. Richard Hewitt (Oto-rhino-laryngologiste pédiatrique, ORL GOSH)

« L’EB affectant les voies respiratoires est un phénomène rare, mais chez les personnes concernées, cette affection entraîne de graves problèmes respiratoires en raison des cicatrices. Les personnes concernées ont des tubes respiratoires si petits qu’ils respirent comme avec une paille. Les options cliniques sont très limitées, la seule façon de traiter un rétrécissement des voies respiratoires étant de les dilater à l’aide d’un ballon. Bien que la dilatation puisse aider à atténuer le rétrécissement immédiat, le traumatisme supplémentaire entraîne d’autres cicatrices. Cette recherche vise à comprendre ce processus et à développer des moyens de le traiter, notamment en développant de nouvelles méthodes de croissance de peau spécialisée pour les voies respiratoires. L’espoir est qu’en s’attaquant aux voies respiratoires, d’autres zones puissent être ciblées à l’aide de techniques similaires. Être capable de traiter les cicatrices des voies respiratoires avec une muqueuse des voies respiratoires implantable fabriquée à partir des propres cellules du patient changerait vraiment la façon dont nous pouvons traiter cette maladie. »

– Dr Colin Butler

Titre de la subvention : Thérapie combinée de cellules épithéliales respiratoires et génique pour l'amélioration des symptômes respiratoires chez les enfants atteints d'épidermolyse bulleuse jonctionnelle (JEB)

L'épidermolyse bulleuse (EB) est une maladie génétique dans laquelle les patients souffrent de tissus de surface extrêmement fragiles qui provoquent douloureusement des cloques et des cicatrices avec un traumatisme minimal. Il affecte principalement la peau externe, cependant, la boîte vocale et la trachée peuvent également être affectées de manière significative. Les options de traitement pour l'EB des voies respiratoires sont très limitées et les personnes concernées auront souvent des difficultés à avaler et peuvent souffrir d'une aggravation des difficultés respiratoires à cause de la cicatrisation des voies respiratoires. L'obstruction éventuelle des voies respiratoires crée le besoin d'une trachéotomie, une procédure médicale pour aider à ouvrir les voies respiratoires. La recherche dans ce domaine a identifié que les greffes de peau dans les voies respiratoires peuvent offrir la possibilité de délivrer des cellules des voies respiratoires corrigées par le gène pour aider à fournir un remède potentiel pour les maladies des voies respiratoires dans l'EB.

Le gène sur lequel se concentrera ce projet est le gène LAMA3, qui est responsable de la protéine laminine. Cette protéine est importante pour aider les cellules à s'attacher les unes aux autres afin de renforcer la peau et les autres tissus présents dans les voies respiratoires, tout en participant au processus de cicatrisation des plaies. Le travail ici vise à découvrir si une thérapie génique peut aider à corriger la muqueuse des voies respiratoires qui est affectée par l'EB. Les cellules des voies respiratoires seront utilisées et le gène LAMA sera ensuite corrigé à l'extérieur du corps et réintroduit pour voir si cette technique fonctionnera pour arrêter la maladie des voies respiratoires.

Les 3 principaux objectifs de ce projet sont de fournir des outils de laboratoire pour modéliser la maladie des voies respiratoires EB, ainsi que d'utiliser des outils d'édition de gènes pour corriger la muqueuse des voies respiratoires affectée par l'EB :

Objective 1: Comprendre plus en profondeur l'épithélium (tissus) qui est affecté dans les voies respiratoires dans l'EB jonctionnelle ;

Objective 2: Génération de méthodes potentielles pour la correction du gène LAMA3 à l'aide de vecteurs viraux (virus utilisés comme moyen de délivrer le gène corrigé);

Objective 3: Testez pour voir comment le traitement corrigé par le gène LAMA3 est reçu dans un modèle vivant.

Ces objectifs généraux sont d'aider à fournir des données pilotes ou préliminaires vers des thérapies génétiquement modifiées pour les maladies des voies respiratoires EB et également de générer une ressource rare de lignées cellulaires primaires (cellules spécialisées pour faire progresser la compréhension scientifique), pour le développement de stratégies de médecine personnalisée.

Cette recherche pourrait également ouvrir la possibilité de corriger des formes d'EB qui affectent également d'autres tissus du corps, notamment l'épithélium cornéen (œil) et les muqueuses des voies aérodigestives (nez, lèvres, bouche, langue, gorge, cordes vocales et partie de l'œsophage et de la trachée).

La possibilité de générer des lignées cellulaires pour les maladies des voies respiratoires dans l'EB à l'aide de cette technique ouvrira également la perspective de tests de dépistage personnalisés pour le dépistage de masse de petits composés moléculaires. Cela signifie trouver un traitement spécifique pour un individu en utilisant les données recueillies à partir de cette recherche.

L'épidermolyse bulleuse (EB) est un groupe de maladies génétiques rares de la peau qui implique une séparation des tissus avec formation de cloques dans différentes couches de la peau. Dans un type d'EB plus grave, appelé EB jonctionnelle, certains patients atteints développent des problèmes des voies respiratoires en plus des lésions cutanées. La formation de cloques suivie de cicatrices et d'épaississement se produit dans les voies respiratoires supérieures et cela obstrue les voies respiratoires. Même après l'élimination des tissus obstruants, les voies respiratoires endommagées sont sujettes à d'autres lésions dues à une infection récurrente et conduisent finalement à une sténose des voies respiratoires, qui peut devenir incurable. Le taux de mortalité élevé des patients atteints d'EB avec atteinte des voies respiratoires nous a incités à développer un traitement. Dans notre cohorte de patients au Great Ormond Street Hospital, nous avons identifié que les patients atteints d'EB avec atteinte des voies respiratoires portent principalement des mutations de l'ADN dans un gène appelé LAMA3. Notre groupe a extrait et cultivé les cellules des voies respiratoires des patients en laboratoire. Une copie fonctionnelle de l'ADN LAMA3 a été insérée dans le génome de ces cellules. Nos résultats ont montré que cette thérapie génique peut redonner aux cellules des patients atteints d'EB une fonction normale par rapport aux cellules d'individus normaux. La prochaine étape de notre projet consistera à accroître l'efficacité de la méthode de thérapie génique et à optimiser une méthode chirurgicale pour introduire les cellules génétiquement corrigées dans les voies respiratoires supérieures. (Extrait du rapport d'avancement de 2022).

Des chercheurs de l'University College London et du Great Ormond Street Hospital for Children (GOSH) ont reçu un financement DEBRA pour leur projet améliorant la vie des patients atteints d'EB qui souffrent de difficultés des voies respiratoires supérieures.

Dans la première phase de leurs recherches, les scientifiques se sont concentrés sur la compréhension des besoins spécifiques des patients atteints d’EB référés au département des oreilles, du nez et de la gorge du GOSH. L'étude a inclus 15 patients, hommes et femmes, âgés en moyenne d'un peu plus de 9 mois au moment de leur référence. Parmi ces patients, divers sous-types d’EB ont été identifiés, l’épidermolyse bulleuse jonctionnelle simplex (JEB-S) étant le plus courant. L'analyse génétique de ce groupe de patients a révélé que neuf patients sur 14 présentaient des variantes pathogènes dans un gène spécifique, LAMA3, ce qui suggère que ce gène a une tendance particulière à entraîner des problèmes des voies respiratoires.

L'équipe de recherche a réussi à établir des cultures cellulaires à partir de biopsies des voies respiratoires de quatre patients atteints d'« EB des voies respiratoires », leur permettant ainsi d'étudier les cellules en laboratoire. Ils ont constaté qu’il y avait un manque d’expression du gène LAMA3 et des protéines dans les cellules en culture, et que les cellules ne parvenaient pas à adhérer aux boîtes de culture en plastique ainsi qu’aux cellules provenant de donneurs non-EB. Cela suggère que le modèle cellulaire est utile pour approfondir l’étude de l’EB des voies respiratoires et pourrait être utilisé pour tester des thérapies potentielles.

S'appuyant sur les connaissances acquises dans le cadre de l'objectif 1, l'équipe de recherche a ensuite développé des vecteurs lentiviraux pour administrer LAMA3 aux cellules épithéliales des voies respiratoires cultivées en culture cellulaire. L’application du vecteur LAMA3 aux cellules de patients atteints d’EB des voies respiratoires a entraîné une augmentation significative de l’expression de l’ARN et des protéines LAMA3. Plus important encore, les cellules des voies respiratoires du patient EB corrigées présentaient une fixation cellulaire améliorée et étaient comparables aux cellules donneuses non EB. Cette découverte suggère que la correction thérapeutique de l’expression de LAMA3 pourrait potentiellement résoudre les défauts d’adhésion cellulaire chez certains patients atteints d’EB des voies respiratoires.

Pour aller plus loin dans la recherche, les scientifiques devraient être capables de prélever les cellules corrigées de la culture et de les transplanter à nouveau dans les voies respiratoires. Cependant, contrairement aux greffes de peau, il n’existe actuellement aucune méthode chirurgicale permettant de réaliser cette opération tout en maintenant les voies respiratoires dégagées. En tant que telle, l’équipe a testé la greffe de cellules épithéliales à l’aide d’un modèle chirurgical. Ils ont isolé les cellules basales des voies respiratoires et les ont cultivées dans des conditions de culture cellulaire similaires à celles utilisées auparavant pour les patients atteints d’EB, puis ont développé des stents personnalisés imprimés en 3D conçus pour soutenir les greffes de cellules épithéliales trachéales. L’analyse postopératoire a révélé une greffe réussie de cellules en culture. Il est important de noter que cela ouvre la porte à la possibilité pour des cellules autologues manipulées ex vivo de prospérer après la transplantation dans un contexte cliniquement pertinent.

Les résultats de cette étude laissent espérer qu’à l’avenir, il sera possible de combiner la thérapie cellulaire et la thérapie génique pour créer une nouvelle solution pour les patients présentant des manifestations respiratoires de l’EB. Les progrès réalisés dans la compréhension des bases génétiques de l’EB des voies respiratoires, le développement de techniques de correction génétique et la greffe réussie de cellules cultivées dans un modèle animal chirurgicalement similaire à celui des humains soulignent le potentiel des thérapies transformatrices. Les prochaines étapes de cette étude consisteront à affiner les vecteurs lentiviraux afin qu'ils soient adaptés à une utilisation chez les patients et à optimiser davantage l'efficacité et la reproductibilité de la transplantation cellulaire.