Pour un développement plus rapide de médicaments

Sur l'image de gauche à droite : Prof. Dr. Harald Riegel, Max-Jonathan Kleefoot, Lena Kruse, Prof. Dr. Christian Neusüß, Sebastian Funken et Ann-Katrin Schwenzer à côté du spectromètre de masse à mobilité ionique récemment acquis. © Hochschule Aalen | Andrea Heidel

La pandémie mondiale de COVID-19 a mis en évidence plus que jamais : l’un des défis majeurs de notre société dans le secteur de la santé consiste à développer rapidement de nouveaux médicaments et vaccins. En particulier, il manque dans l’analyse des principes actifs à base d’anticorps des systèmes efficaces et de haute précision. C’est là qu’intervient un projet de recherche récemment lancé à l’Université (HS) d’Aalen : l’équipe interdisciplinaire s’est fixé pour objectif d’accélérer considérablement le développement de vaccins et de médicaments. Le projet « ProCeVen » est financé à hauteur d’environ deux millions d’euros par le ministère fédéral de l’Éducation et de la Recherche (BMBF) et permet à trois étudiants de réaliser leur doctorat à l’HS d’Aalen.

Après plus de deux ans avec le coronavirus, la plupart d’entre nous sont plus que familiers avec l’utilisation des tests antigéniques rapides. Cependant, peu d’entre nous ont probablement approfondi leur compréhension du fonctionnement de ces tests : « En termes simples, ils détectent si certaines protéines virales sont présentes dans la gorge d’une personne testée », explique Max-Jonathan Kleefoot, doctorant au Centre d’Applications Laser (LAZ) de l’Université d’Aalen.

Mais l’étude des protéines joue un rôle crucial non seulement dans ce contexte, mais aussi dans l’ensemble du domaine médical – tant dans le diagnostic des maladies que dans le développement de nouveaux médicaments. Les entreprises biopharmaceutiques, c’est-à-dire les fabricants de médicaments, testent par exemple l’efficacité de principes actifs à base d’anticorps en recherchant certaines protéines dans le sang des patients. « Le succès et la sécurité de ces nouveaux principes actifs protéiques, et par conséquent la prise en charge de la santé de la population, dépendent fortement des capacités de bioanalytique », souligne le Prof. Dr. Christian Neusüß, directeur de l’Institut de Chimie Analytique et Bioorganique de l’HS d’Aalen.

Malheureusement, les méthodes et techniques d’analyse des principes actifs à base d’anticorps actuellement utilisées atteignent rapidement leurs limites, retardant souvent le développement de médicaments personnalisés. Les chercheurs d’Aalen souhaitent changer cela dans un projet interdisciplinaire récemment lancé : ils travaillent sur un nouveau système analytique permettant d’étudier de manière beaucoup plus efficace et avec une précision inégalée les protéines dans les principes actifs biopharmaceutiques. Pour la première fois, des chercheurs de l’Institut de Chimie Analytique et Bioorganique et du Centre d’Applications Laser (LAZ) collaborent dans un projet commun.

Ce groupe combine pour la première fois deux techniques analytiques instrumentales importantes, qui n’avaient jusqu’ici pas pu être associées : la capillary électrophorèse, la spectrométrie de masse par mobilité ionique, et l’échange d’hydrogène/deutérium. « Ces méthodes complexes permettent d’obtenir des informations détaillées sur la structure des protéines, et donc aussi sur leur effet médical. Elles fournissent également des informations sur les variantes des protéines dues à la fabrication », explique le coordinateur du projet Neusüß.

Une valve à puce fonctionne comme une porte tournante

De plus, l’équipe spécialisée en bioanalyse instrumentale fabrique une nouvelle valve en verre basée sur une puce, d’un diamètre d’environ une balle de tennis, qui remplacera la pièce en plastique utilisée jusqu’ici dans l’appareil d’analyse. « Cette valve ronde peut être imaginée comme une porte tournante. Elle prélève avec précision de très petites quantités de liquide au nanolitre près et les transporte par un mouvement de rotation », explique Kleefoot. Comme cette valve possède plusieurs ouvertures et micro-canaux à l’intérieur, elle peut successivement prélever plusieurs gouttes et les diriger individuellement vers la séparation suivante et la caractérisation par spectromètre de masse.

« Pour cette valve, nous avons besoin de pièces en verre mobiles, nécessitant une fabrication de très haute précision. La technologie laser à impulsions ultracourtes, avec une énergie de pulsation précise et une longueur d’onde réglable, permet de fabriquer ces pièces en verre, de fonctionnaliser leurs surfaces, et d’intégrer des techniques analytiques adaptées », ajoute Neusüß. La partie laser est assurée par une équipe de chercheurs du LAZ dirigée par le Prof. Dr. Harald Riegel. Le projet permet également à trois étudiants de l’HS d’Aalen de réaliser leur doctorat : ainsi, Sebastian Funken, étudiant à l’HS d’Aalen, rédigera sa thèse sur ses recherches en traitement laser du verre dans le cadre du projet.

Deux doctorantes, Lena Kruse et Ann-Katrin Schwenzer, poursuivent parallèlement leur doctorat dans le domaine de la bioanalyse instrumentale au sein du groupe de Neusüß. « Des étudiants, notamment issus des filières Sciences biopharmaceutiques, Génie mécanique/Production et Gestion, et Optoélectronique, sont également initiés très tôt à la recherche par une collaboration directe en laboratoire avec les doctorants, ce qui les familiarise avec les sujets de pointe et leur permet de s’engager dans le travail scientifique », soulignent à l’unisson les professeurs Neusüß et Riegel.

« Le verre est nettement plus adapté que le plastique pour remplacer la pièce précédente, car il est plus durable, résistant à la contamination, et donc plus durable et écologique », décrit Funken. Avec le laser, il est possible de créer dans le corps du verre des structures géométriquement définies et des micro-canaux de haute précision. Le laser peut également découper des bords nets et des trous, ainsi qu’intégrer des éléments optiques dans le corps en verre. Environ 500 000 euros, issus du financement total d’environ deux millions d’euros, seront investis dans la recherche sur le traitement laser au LAZ, avec 800 000 euros supplémentaires pour l’agrandissement des équipements de l’HS d’Aalen, notamment pour acquérir un spectromètre de masse par mobilité ionique (visible sur la photo) et un microscope à balayage laser. Le spectromètre de masse par mobilité ionique sera utilisé pour explorer, pour la première fois au monde, les différences dans la structure spatiale des protéines biopharmaceutiques en couplant cette technique à la capillary électrophorèse. Ces deux appareils ont déjà été installés et complètent l’équipement existant, et continueront à être utilisés dans la recherche lors de projets futurs.