Introduction à laBiotechnologie

Introduction Ă la

Biotechnologie

Une technologie innovante pour développer de nouveaux médicaments

Devenu leader dans le domaine de la biotechnologie, Amgen créé en 1980, a développé et mis sur le marché des médicaments innovants destinés à traiter des maladies graves.

L’utilisation par Amgen, des récents progrès réalisés en biologie cellulaire et moléculaire, a permis le développement de nouveaux médicaments qui ont transformé le pronostic d’un certain nombre de maladies et aidé des millions de patients à lutter contre le cancer, les néphropathies, la polyarthrite rhumatoïde et d’autres maladies graves.

Table des matières Chapitre un : Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Chapitre deux : Données scientifiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Chapitre trois : Comment utiliser la biologie pour produire de nouveaux médicaments ? . . 9 Chapitre quatre : La biotechnologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Chapitre cinq : La découverte de nouveaux médicaments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Chapitre six : Le développement de nouvelles molécules à visée thérapeutique . . . . . . . . . 24 Chapitre sept : Dernière étape décisive: la production à grande échelle . . . . . . . . . . . . . . 29 Chapitre huit : Les médicaments issus des biotechnologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Chapitre neuf : L’avenir des biotechnologies dans le domaine de la santé . . . . . . . . . . . . . . 36 Glossaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Grandes dates : Biologie et biotechnologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

Chapitre Un :

Introduction

En 1919, Karl Ereky, un ingénieur hongrois, a utilisé pour la première fois, le terme biotechnologie* pour décrire un nouveau mode de production utilisant des mécanismes biologiques pour permettre la transformation de matières premières en produits finis. Il avait prédit l’avènement d’une nouvelle ère technologique fondée sur les biotechnologies. Aujourd’hui, près d’un siècle plus tard, l’activité de plusieurs milliers de sociétés et de groupes de recherche reposent sur ces nouvelles technologies.

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Introduction

*Les termes en gras sont définis dans le glossaire

La biotechnologie moderne, née en Caroline du Nord (Etats-Unis) dans les années 1970, est devenue depuis, une industrie mondiale à part entière.

Amgen, fondé en 1980, a utilisé cette nouvelle technologie pour développer et mettre à la disposition des patients de nouveaux médicaments.

PRINCIPAUX SECTEURS UTILISANT LES

Alors que l’industrie pharmaceutique fabrique depuis longtemps des médicaments de synthèse issus de la recherche en chimie (par exemple, l’aspirine), l’utilisation des biotechnologies a donné naissance à une nouvelle classe de médicaments, les biomédicaments.

Les biomédicaments sont des traitements produits à partir d’organismes vivants (levures, bactéries, cellules de mammifères).

BIOTECHNOLOGIES BIOMÉDICAMENTS

• La santé : biomédicaments, matériel médical et tests diagnostiques • L’agriculture : organismes génétiquement modifiés, sécurité alimentaire • L’industrie et l’environnement : biocarburants, biomatériaux • Et la biodéfense : vaccins, biocapteurs Cette brochure présente les principales applications des biotechnologies dans le domaine de la santé.

Médicaments Un médicament est une substance utilisée pour prévenir, traiter ou guérir une maladie.

En Europe, l’European Medicines Agency (EMA) et aux États-Unis, la Food and Drug Administration (FDA), sont les institutions chargées des autorisations de mise sur le marché des nouveaux médicaments.

En Europe, le recours à une procédure centralisée auprès de l’EMA, permet aux laboratoires pharmaceutiques de soumettre une seule demande d’Autorisation de Mise sur le Marché (AMM) pour commercialiser leurs médicaments dans les différents pays états membres de la Communauté Européenne, dont la France.

Cette procédure est obligatoire pour tous les médicaments y compris les biomédicaments.

En France, l’AFSSAPS (Agence Française de Sécurité Sanitaire des Produits de Santé) participe à l’évaluation européenne des médicaments et décline une AMM dans le cadre des procédures nationales.

• Protéines thérapeutiques • Vaccins à ADN • Anticorps monoclonaux • Peptibody : association de la partie active d’une protéine (peptide) avec un fragment de la structure principale d’un anticorps

• Nouvelles stratégies expérimentales : thérapie génique, injections/greffe de cellules souches, nucléotides antisens et virus à ARN.

De nombreux biomédicaments appart ie n n e n t à la c la s s e d e s p ro t é in e s.

Constituées d’acides aminés, les protéines sont des éléments essentiels au bon fonctionnement des cellules. Les biotechnologies utilisent les cellules (et non des produits chimiques) pour produire les biomédicaments.

BIO-INFORMATION Le coût de la mise à disposition d’un nouveau médicament (de sa découverte à son autorisation de mise sur le marché) est estimé à un milliard de dollars et le processus peut prendre 10 à 15 ans, voire plus.

Parmi les médicaments qui atteignent le stade des essais cliniques chez l’homme, seulement un sur dix sera finalement mis sur le marché.

Les processus de développement et de mise sur le marché, sont donc associés à des taux élevés d’échec et à des investissements très importants.

Introduction

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Chapitre Deux :

Données scientifiques

L’industrie des biotechnologies repose sur l’utilisation d’organismes vivants.

• La cellule est l’unité de base du vivant.

• Tous les organismes vivants sont constitués d’une ou de plusieurs cellules, certains organismes étant unicellulaires, comme les bactéries et les levures, et d’autres, comme les êtres humains, étant pluricellulaires et contenant plusieurs milliards de cellules. Toutes les cellules mettent en place des processus indispensables à leur survie. Les biotechnologies tirent partie de ces processus pour fabriquer des médicaments destinés à traiter des maladies et à améliorer la santé des patients.

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Données scientifiques

Mécanismes cellulaires Division cellulaire (mitose) : la cellule duplique son ADN avant de se diviser.

Ensuite, elle se divise pour former deux cellules identiques à la cellule originale, appelées cellules filles.

Membrane Cellulaire Noyau

Noyau

Cytoplasme

Croissance cellulaire : après s’être répliquées, les cellules filles se développent pour atteindre leur taille adulte.

Métabolisme cellulaire : le métabolisme cellulaire est le processus par lequel les cellules assimilent les nutriments et se maintiennent en vie. Les cellules dégradent les grosses molécules en molécules plus petites, processus permettant la production d’énergie, la création de nouvelles structures cellulaires et le contrôle de leurs fonctions.

Réponse cellulaire aux stimuli : les organismes unicellulaires et pluricellulaires répondent à des stimuli internes et externes. Par exemple, les plantes poussent en direction d’une source lumineuse parce qu’elles ont besoin de lumière pour la photosynthèse et la production d’énergie. Ainsi, la lumière et la capacité d’y répondre sont des facteurs essentiels à la survie des plantes.

Adaptation cellulaire : les capacités d’adaptation des organismes à des conditions environnementales défavorables (par exemple, variations de température, de concentration en solutés, d’apport en oxygène ou présence d’agents nocifs) conditionnent leur survie.

Composants d’une cellule animale La cellule se compose de trois parties principales : la membrane cytoplasmique, le cytoplasme (qui contient les organites) et le noyau.

Noyau : le noyau, qui contient la majeure partie de l’ADN, constitue le centre de contrôle de la cellule. Entouré d’une membrane qui laisse entrer et sortir différentes molécules, le noyau abrite l’ADN.

Cytoplasme

Membrane Cellulaire

Membrane cytoplasmique (ou membrane cellulaire) : la membrane cytoplasmique entoure la cellule et contrôle les entrées et les sorties. Elle contient des récepteurs souvent transmembranaires, qui constituent des sites de fixation pour certaines molécules.

La liaison d’une molécule particulière à un récepteur donné peut provoquer au sein de la cellule, une série de réactions en chaine (appelée signalisation cellulaire) et ainsi aboutir à une réponse cellulaire (par exemple, synthèse d’une protéine donnée). L’inhibition d’un récepteur peut provoquer un blocage de la signalisation cellulaire et un arrêt de la réponse cellulaire. Certains traitements biologiques, en se liant spécifiquement à certains récepteurs de la cellule (par exemple les cellules tumorales), provoquent un blocage de la signalisation cellulaire. D’autres médicaments biologiques agissent au contraire en mimant les molécules impliquées dans la signalisation cellulaire.

Organites : il existe de nombreux organites différents dans le cytoplasme d’une cellule, chacun remplissant une fonction spécifique.

Par exemple : • les ribosomes qui synthétisent les protéines, • les mitochondries qui produisent de l’énergie, • le réticulum endoplasmique qui transporte certaines protéines, • l’appareil de Golgi qui modifie les protéines et participe à leur transport au sein de la cellule, • et les vacuoles, qui stockent les déchets cellulaires pour qu’ils soient ensuite éliminés.

Données scientifiques

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Chromosome

Détermination de la structure de l’ADN En 1962, James Wa tson, Francis Crick et Maurice Wilkins ont reçu conjointement le Prix Nobel de Physiologie ou Médecine pour avoir découvert la structure de l’acide désoxyribonucléique (ADN). Le Prix Nobel n’étant décerné qu’à des personnes vivantes, Rosalind Franklin, collègue de Maurice Wilkins décédée d’un cancer à l’âge de 37 ans, n’a pas pu en être honorée. Néanmoins, nombreux sont ceux qui attribuent le mérite de la découverte de Watson et Crick en 1953 à R. Franklin, dont les images de la molécule d’ADN obtenues par cristallographie aux rayons X ont aidé à en clarifier la structure.

Gène C T A

T A

T

C

A

ADN

G

A

C

T T

G

C A

C

C

G G

A T

A A T

T

ADN Toutes les cellules contiennent de l’acide désoxyribonucléique (ADN) qui rassemble l’ensemble des informations nécessaires au développement et au fonctionnement de la cellule.

Associé à différentes protéines, l’ADN est replié et forme une structure hélicoïdale (double hélice), qui constitue la structure des chromosomes.

• Chaque chromosome contient des segments d’ADN spécifiques dénommés gènes.

• Un gène est un fragment d’ADN caractérisé et composé par une succession de nucléotides.

La longueur des gènes est variable et ils contiennent l’information dont la cellule a besoin pour synthétiser les protéines et contrôler de nombreux aspects de son fonctionnement.

BIO-INFORMATION Les mitochondries sont les seuls organites des cellules animales à contenir leur propre ADN. Des mutations de l’ADN mitochondrial peuvent être à l’origine de maladies telles que le syndrome de Kearns Sayre, qui provoque une perte de mobilité musculaire, atteignant notamment, les muscles cardiaques et oculaires et l’ensemble des muscles squelettiques.

La molécule d’ADN est très longue. Elle est composée de nucléotides dont l’ordre détermine des propriétés propres à chaque cellule (tout comme l’ordre des lettres dans un mot donne un sens à ce mot). Chaque nucléotide est constitué de trois éléments : un sucre desoxyribose, un groupement phosphate et une base azotée (Adénine (A), Thymine (T), Guanine (G) et Cytosine (C)).

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Données scientifiques

G

G

A T

A

C C

T G

G

Structure moléculaire de l’ADN : la double hélice

La diversité des organismes est le résultat de l’infinité des combinaisons possibles des bases A, T, G et C. L’ADN est appelé double hélice parce qu’il se compose de deux brins nucléotidiques liés entre eux de façon très spécifique : les A se lient aux T et les C aux G. Les combinaisons A-T et C-G qui en résultent sont appelées paires de bases.

Dans chaque cellule humaine, l’ADN contient 3 milliards de paires de bases. Aplati, un brin d’ADN ressemble à une échelle à deux montants (les groupes phosphate et ribose) avec des barreaux (les paires de bases) entre les montants. Cette structure rend ainsi l’ADN très stable et lui permet de porter de grandes quantités d’informations.

BIO-INFORMATION Les êtres humains possèdent 23 paires de chromosomes, soit un total de 46 chromosomes, hérités pour moitié de la mère et pour moitié du père.

Les anomalies chromosomiques peuvent être numériques (nombre inférieur ou supérieur à 46 chromosomes) ou structurelles (duplications, translocations, délétions ou même inversions de segments de certains chromosomes).

La plupart des cellules d’un organisme contiennent exactement le même ADN, mais tous les gènes présents ne sont pas systématiquement activés ou exprimés.

Lorsqu’un gène est activé, l’information qu’il porte est utilisée pour synthétiser (ou « exprimer ») la protéine pour laquelle il code.

Lorsqu’un gène est inactivé on non exprimé, il n’est pas utilisé pour exprimer une protéine.

Détorsion A

C

G

T

A

C

G

T

A

C

G

T

A

C

G

T

A

C

G

T

A

G

T

G

C

A

T

G

C

A

T

G

C

A

T

G

C

A

T

G

C

A

T

C

Lecture

GATATTTCAGGCGCGTCAA CTATAAAGTCCGCGCAGTT

Selon la fonction et les besoins de la cellule, les gènes sont activés ou au contraire inactivés. De nombreuses maladies résultent de l’activation ou de l’inactivation inappropriée de certains gènes.

Mutations Tout changement au sein de la séquence d’ADN est appelé mutation.

• Des facteurs environnementaux tels que l’exposition à des radiations ou à des produits chimiques toxiques peuvent entraîner des mutations.

• Des mutations peuvent également se produire au cours du processus de réplication de l’ADN, la cellule devant recopier 3 milliards de paires de bases en 20 heures. Des bases sont alors, parfois substituées, supprimées ou répétées.

Des modifications survenues au sein de la séquence d’ADN, peuvent rendre les protéines dysfonctionnelles ou au contraire, parfois améliorer leur fonction.

La diversité génétique résulte de l’accumulation de mutations sur de longues périodes de temps, à l’origine des différences observées entre les espèces.

Génomes Le terme « génome » désigne l’ensemble de l’information génétique contenue au sein d’un organisme.

Tous les génomes sont constitués des mêmes bases, A, T, G et C, les différences entre les génomes résidant dans le nombre et l’enchaînement des paires de bases et des gènes.

Le nombre de paires de bases ne correspond pas au nombre de gènes ; il s’agit de deux éléments indépendants.

Par exemple, le génome humain comporte 3 milliards de paires de bases et entre 20 000 et 25 000 gènes.

Aux Etats-Unis, le National Center for Biotechnology Information

Ainsi, seuls 3 % du génome humain codent pour des gènes ; les 97 % restants sont appelés ADN non codant – autrement dit, cet ADN ne contient pas d’instructions pour la synthèse de protéines. Bien que le rôle de l’ADN non codant ne soit pas tout à fait élucidé, il pourrait être impliqué dans l’évolution des espèces et/ou pourrait avoir des fonctions de régulation dans la cellule.

Créé en 1988, le Centre National des Biotechnologies (NCBI) développe de nombreuses bases de données biomédicales destinées au stockage et à l’analyse des différents génomes.

Ces bases de données contiennent des informations sur les différentes séquences nucléotidiques contenues dans le génome, les gènes et les protéines.

En outre, le nombre de paires de bases et de gènes n’est pas lié à l’intelligence ou aux aptitudes physiques d’un organisme.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov BIO-INFORMATION Les mutations se produisent à la fréquence d’une sur 1300 paires de bases pour la plupart des organismes. Chez l’homme, le taux de mutation spontanée est d’une variation sur 1200 paires de bases.

La plupart des mutations n’ont pas d’effet délétère ; seules certaines d’entre elles sont à l’origine de protéines dysfonctionnelles ou d’états pathologiques.

Comparons par exemple le génome humain à celui d’une amibe.

• L’amibe, unicellulaire, est l’organisme qui possède le plus grand génome connu, pouvant atteindre 670 milliards de paires de bases ( contre 3 milliards pour le génome humain ).

• Pourtant l’être humain est un organisme plus complexe, plus intelligent et doté de plus grandes aptitudes physiques Protéines Les protéines sont constituées de longues chaînes d’acides aminés repliées pour former des structures tridimensionnelles complexes.

• L’ordre des acides aminés est déterminé par la séquence d’ADN au sein d’un gène.

• Il existe 20 acides aminés différents.

• La séquence des acides aminés détermine la forme, et donc la fonction de la protéine.

Données scientifiques

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BIO-INFORMATION Le plus grand nombre de gènes identifiés dans un organisme, est d’environ 60 000.

Ce record est détenu par une bactérie responsable de la trichomonase (une maladie sexuellement transmissible) dont le génome possède près de trois fois plus de gènes que le génome humain.

La synthèse des protéines est un processus complexe qui se déroule en plusieurs étapes.

La transcription et la traduction sont les deux principales étapes de la fabrication d’une protéine.

Transcription Pendant la transcription, le code de l’ADN original est transcrit sur une molécule appelée ARN messager (ARNm).

• L’ARNm est lui aussi constitué d’une séquence de nucléotides, légèrement différents des nucléotides de l’ADN. • Les molécules d’ARN sont très similaires à celles de l’ADN mais comportent un sucre ribose, ne sont formées que d’un seul brin et l’uracile (U) remplace la thymine (T) comme l’une des quatre bases possibles.

La transcription permet la synthèse d’une molécule d’ARN simple brin, complémentaire du brin transcrit d’ADN. Une fois synthétisé, l’ARNm sort du noyau et se dirige dans le cytoplasme où il sera traduit en une protéine.

Traduction Au cours de la traduction, les ribosomes se lient à l’ARNm et assemblent des acides aminés individuels pour former des protéines.

Chaque séquence de trois nucléotides d’ARNm forme un codon, élément codant pour un acide aminé.

Pendant la traduction, un ARN de transfert (ARNt) se lit à l’ARNm et assemble les acides aminés correspondants, à l’image d’une fermeture éclair. Ainsi, les acides aminés sont assemblés selon une combinaison très spécifique, dictée par la séquence nucléotidique de l’ARNm.

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Données scientifiques

Les chaînes courtes d’acides aminés sont appelées peptides et les chaînes longues, polypeptides, les polypeptides devant se replier pour former une protéine fonctionnelle.

Des centaines de protéines différentes remplissent des fonctions spécifiques au sein des cellules et dans leur micro-environnement.

• Les protéines appelées enzymes assemblent et/ou dégradent des molécules.

• Les protéines de signalisation permettent aux cellules de communiquer entre elles.

• Les récepteurs protéiques reçoivent des signaux via un mode de communication appelé transduction du signal ou signalisation cellulaire.

• Certaines protéines de transport permettent le passage de substances à l’intérieur ou à l’extérieur de la cellule.

• Les protéines structurales donnent leur forme aux cellules et aux organismes.

• D’autres protéines sont impliquées dans la reconnaissance cellulaire et caractérisent différents types de cellules.

• Certaines protéines, telles que les anticorps, participent à la défense de l’organisme contre les maladies.

Chapitre Trois :

Comment utiliser la biologie pour produire des biomédicaments ?

La biotechnologie repose sur la biologie, science des êtres vivants, avec la cellule comme unité de base. Les biologistes étudient la structure et les fonctions des cellules et ces informations sont utilisées pour développer les biomédicaments. L’identification des gènes, protéines et structures cellulaires, permet de détecter les différences entre les cellules pathologiques et les cellules saines.

Savoir pourquoi une cellule est malade et identifi er des points d’impact possibles, est essentiel pour développer de nouveaux tests diagnostics et des traitements médicaux innovants.

Comment utiliser la biologie pour produire des médicaments ?

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Comprendre les mécanismes physiopathologiques

Les maladies auto-immunes : – La polyarthrite rhumatoïde est une maladie auto-immune chronique qui provoque une inflammation et des lésions au niveau des tendons et des articulations.

Cette maladie est à l’origine d’un handicap physique parfois important avec perte de la mobilité et retentissement fonctionnel et de douleurs.

– Le psoriasis est une maladie inflammatoire de la peau, non contagieuse, caractérisée par l’apparition d’épaisses plaques rouges sur la peau. Les plaques sont le siège d’une inflammation importante et d’une desquamation excessive de la peau.

– Le rhumatisme psoriasique est une maladie inflammatoire articulaire qui peut toucher jusqu’à 30 % des patients atteints de psoriasis.

– La spondylarthrite ankylosante est une maladie chronique inflammatoire, douloureuse touchant préférentiellement le rachis.

– Le lupus est une maladie inflammatoire chronique qui touche plutôt les femmes jeunes en âge de procréer avec différentes localisations possibles parmi lesquelles les plus fréquentes sont, les reins, les articulations, le sang et la peau.

Les symptômes les plus fréquents de cette maladie sont un rash, une fièvre, des céphalées, une anémie et/ou une perte des cheveux.

– Le Purpura Thrombopénique Immunologique ( PTI ), est une maladie hématologique rare dans laquelle le système immunitaire s’attaque aux plaquettes du sang.

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L’une des premières étapes de la Recherche et du Développement (R&D) destinée à la mise au point de médicaments innovants, consiste à comprendre les mécanismes biologiques impliqués dans une pathologie donnée. Les médicaments issus des biotechnologies sont souvent conçus pour cibler spécifiquement un mécanisme pathologique particulier.

La compréhension des mécanismes physiopathologiques impliqués dans une maladie nécessite de pouvoir répondre à différentes questions : • Comment contracte-t-on cette maladie ?

• Quelles cellules sont affectées ?

• S’agit-il d’une maladie génétique et, si oui, quels sont les gènes activés ou inactivés dans les cellules malades ?

• Quelles protéines sont ou ne sont pas produites dans les cellules malades par rapport aux cellules saines ?

• Si la maladie est due à un agent pathogène, à quel niveau et comment agit-il ?

BIO-INFORMATION L’industrie des biotechnologies est l’un des secteurs, pour lequel les activités de R&D sont les plus importantes.

L’étude des mécanismes physiopathologiques fournit des informations qui peuvent permettre d’identifier des cibles thérapeutiques intéressantes.

Prenons l’exemple des nouveaux traitements « anti-EGFR », anticorps monoclonaux développés dans le cancer colorectal métastatique.

Le récepteur à l’EGF ( EGFR ou HER1), localisé à la surface des cellules tumorales, est une glycoprotéine appartenant à la famille des récepteurs HER et il est activé par différents ligands produits au sein de l’organisme (EGF, amphiréguline, celluline…). La voie de l’EGFR est impliquée dans certains processus tumoraux comme le cancer colorectal et le cancer

Comment utiliser la biologie pour produire des médicaments ?

bronchique, et son activation provoque une augmentation de la prolifération des cellules cancéreuses, une diminution des mécanismes d’apoptose et une stimulation des processus d’angiogenèse et d’invasion tumorale.

L’utilisation de traitements anti - EGFR, comme les anticorps anti EGFR qui se lient au récepteur de l’EGF (affinité supérieure à celle des ligands endogènes), permet ainsi d’inhiber la fonction de ce récepteur. D’un point de vue clinique, plusieurs anticorps monoclonaux anti-EGFR ont été développés dans le traitement du cancer colorectal métastatique avec des résultats significatifs et ont obtenu une autorisation de mise sur le marché dans cette indication.

Modèles pour l’étude des maladies Différentes approches sont utilisées pour la mise au point de modèles d’étude d’une maladie donnée.

• Une approche consiste à recueillir des échantillons de cellules malades et de cellules saines et à les cultiver (culture cellulaire). Les cellules sont incubées et nourries avec un milieu de croissance adapté.

En culture, les cellules se comportent comme au sein de l’organisme : elles se divisent, expriment des gènes et fabriquent des protéines.

L’ o b s e r v a t io n e t la c o m p a r a is o n d e s processus cellulaires mis en jeu dans les cellules saines et dans les cellules malades, peut permettre de mieux comprendre certains mécanismes impliqués dans une maladie.

BIO-INFORMATION Le procédé qui consiste à analyser et interpréter des données scientifiques biologiques multiples est appelé bioinformatique et fait appel à l’informatique, aux mathématiques appliquées et aux statistiques.

• Une autre approche consiste à comparer les génomes et leurs équivalents protéiques, chez l’homme et chez d’autres espèces. Puisque tous les organismes vivants sont composés de cellules et que toutes les cellules remplissent de nombreuses fonctions similaires, les gènes et protéines présents chez l’homme sont également présents dans d’autres organismes.

Biomarqueurs Les biomarqueurs sont des substances biologiques qui selon leur concentration, peuvent servir de témoin à un processus biologique normal, un processus pathologique ou à une réponse biologique survenue après une intervention thérapeutique.

Dans le passé, les biomarqueurs étaient des indicateurs physiologiques, par exemple, la tension artérielle ou la fréquence cardiaque.

Aujourd’hui, des maladies peuvent être détectées par la mesure dans le sang, de biomarqueurs moléculaires spécifiques, comme par exemple, l’antigène prostatique spécifique (PSA), protéine dont l’élévation est parfois associée à un cancer de la prostate.

Bioinformatique Domaine de recherche récent, la bioinformatique associe la biologie, l’informatique et les nouvelles technologies de l’information en une seule discipline.

L’objectif de la bioinformatique est de recueillir, d’organiser et d’indexer l’ensemble des informations scientifiques afin d’aider les chercheurs à mieux comprendre les mécanismes biologiques. Le défi pour les programmeurs informatiques consiste à concevoir des bases de données qui permettent aux chercheurs d’accéder facilement aux informations existantes et d’intégrer de nouvelles données.

Les sociétés de biotechnologie utilisent ces informations pour obtenir des représentations les plus complètes possibles, de l’activité d’une cellule normale et ainsi guider l’étude du fonctionnement des cellules malades.

Ces informations sont très utiles pour développer des outils diagnostiques et de nouveaux traitements curatifs et préventifs. Du fait des avancées technologiques réalisées dans le domaine des biotechnologies, la bioinformatique a maintenant évolué pour se concentrer sur les séquences nucléotidiques, les gènes et les séquences d’acides aminés.

BIO-INFORMATION La génomique comparative est la comparaison de la structure et des fonctions du génome chez différentes espèces.

Des chercheurs ont réussi à identifi er les séquences génomiques complètes de la bactérie Escherichia coli (E. coli), de la levure Saccharomyces cerevisiae, du ver rond Caenorhabditis elegans, de la mouche du vinaigre Drosophila melanogaster, de la souris de laboratoire et de nombreux autres organismes. Ces informations sont utiles pour réaliser des études de génomique comparatives avec le génome humain.

Le biomarqueur KRAS : une avancée décisive Il existe maintenant un biomarqueur capable d’aider les médecins à déterminer quels patients ne répondront pas à une classe particulière d’agents anticancéreux utilisés dans le cancer colorectal métastatique (CCRM).

Les chercheurs d’Amgen ont été les premiers à démontrer lors d’un essai clinique de phase III que les patients atteints de CCRM et porteurs de mutations d’un gène appelé KRAS, ne retirent pas de bénéfice thérapeutique d’un médicament conçu pour se lier au récepteur du facteur de croissance épidermique (EGFR).

En recherchant ces mutations, les médecins peuvent ainsi décider de ne pas utiliser ce type de traitement par anti-EGFR, chez un patient porteur d’une mutation du gène KRAS. Les progrès réalisés ces dernières années sur KRAS ont permis une avancée majeure dans le traitement personnalisé du CCRM.

Une fois qu’un biomarqueur est validé (c’està-dire que tous les patients ou presque atteints de la maladie s’avèrent porteurs de ce biomarqueur), il peut être utilisé pour évaluer le risque d’une pathologie donnée, diagnostiquer une maladie ou encore aider les médecins à choisir le traitement le mieux adapté à chaque patient.

Les biomarqueurs peuvent également être utilisés pour établir un pronostic médical, par exemple, évaluer le risque d’évolution d’une maladie chez un patient en l’absence de traitement.

Comment utiliser la biologie pour produire des médicaments ?

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BIO-INFORMATION Des biomarqueurs génétiques sont utilisés pour développer des tests diagnostiques permettant le dépistage de certaines maladies génétiques. Ces tests recherchent des fragments d’ADN identifiés comme responsables d’une maladie ou prédisposant à une maladie.

• Les protéines doivent être repliées et présenter une structure tridimensionnelle spécifique pour fonctionner correctement.

• Des défauts structurels des protéines, même minimes, apparaissant lors du processus de repliement, peuvent provoquer des situations pathologiques plus ou moins sévères.

Différents types de cancer Le mot cancer est un terme général utilisé pour décrire des maladies dues à une prolifération cellulaire anormale, incontrôlée et rapide. Il existe de nombreux types de cancers (carcinome, lymphome, leucémie, sarcome, mélanome, etc.) qui touchent de nombreux types de tissus (prostate, peau, sein, cerveau, ovaires, poumons, etc.).

Le carcinome est un cancer qui se développe au niveau de la peau ou des tissus qui entourent ou recouvrent les organes internes.

Au moins 80 % des cancers sont des carcinomes.

Le lymphome est un cancer du système lymphatique, réseau de fins vaisseaux et de ganglions parcourant tout le corps qui participe au système de défense de l’organisme. Le lymphome implique les lymphocytes, un type de globules blancs appartenant au système immunitaire.

La leucémie est un cancer qui se développe au sein d’un tissu hématopoïétique (participant à la formation des cellules du sang), par exemple, la moelle osseuse et qui entraîne la production et le passage dans le sang d’un grand nombre de cellules sanguines anormales.

Le sarcome est un cancer qui apparaît au niveau des os, du cartilage, du tissu adipeux (graisse), du muscle, des vaisseaux sanguins ou d’autres tissus conjonctifs ou de soutien.

Le mélanome est une tumeur cancéreuse (maligne) qui se développe dans les cellules responsables de la coloration de la peau (les mélanocytes). Le mélanome, presque toujours guéri aux stades précoces, peut être fatal à des stades plus avancés.

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L’identification de biomarqueurs spécifiques d’une maladie est une étape fondamentale dans le processus de R&D, pour la mise au point de nouveaux outils diagnostiques issus des biotechnologies. Les chercheurs étudient les modifications qui interviennent au cours des processus cellulaires – tels que la synthèse de protéines – dans différentes situations pathologiques. Ces travaux de recherche peuvent permettre d’identifier des biomarqueurs traduisant par exemple, une progression de la maladie.

Les biomarqueurs peuvent être aussi utilisés pour déterminer sur des modèles animaux, l’efficacité d’un médicament et les doses auxquelles il est le plus efficace.

E n f i n , l e s bi om a rqu e u r s p e u v e n t ê t re utilisés dans la prise en charge d’une maladie pour déterminer si un médicament produit l’effet désiré et si la dose utilisée est appropriée. Cela est très important car la réponse thérapeutique à un médicament peut varier d’un patient à l’autre : certains patients pouvant avoir besoin de doses plus élevées ou plus faibles que d’autres, pour que le médicament soit efficace.

Protéomique L’ensemble des protéines produites par un organisme est appelé protéome. La protéomique est l’étude de la structure et de la fonction des protéines.

• Les protéines contrôlent l’ensemble des fonctions cellulaires.

• Les protéines produites dans la cellule d’un organisme peuvent varier en fonction de différents facteurs tels que le temps, les changements hormonaux et le stress.

Les chercheurs en protéomique identifient toutes les molécules impliquées dans la synthèse et le repliement des protéines.

Comment utiliser la biologie pour produire des médicaments ?

BIO-INFORMATION La biotechnologie a donné naissance à plus de 200 nouveaux médicaments biologiques et vaccins, parmi lesquels des traitements anticancéreux, des traitements contre le diabète, le VIH/SIDA et les maladies autoimmunes. La majorité de ces produits sont des protéines utilisées à des fins thérapeutiques.

La compréhension de la structure, de la fonction et des interactions des protéines, au sein de la cellule et dans le microenvironnement, est cruciale pour découvrir de nouveaux médicaments.

Les protéines, impliquées dans la plupart des mécanismes physiologiques de la cellule et dans un certain nombre de processus pathologiques, constituent des cibles thérapeutiques particulièrement intéressantes.

La cible d’un médicament peut donc être une molécule de l’organisme (par exemple une protéine) avec laquelle le médicament interagit et produit l’effet désiré.

Cancer : de la biologie au traitement La cancérologie est l’un des premiers domaines dans lequel la bioinformatique a été utilisée. C’est aussi dans ce domaine de la recherche sur le cancer que des études de biomarqueurs et de protéines ont été réalisées afin de développer de nouvelles thérapies ciblées.

La biologie du cancer est une discipline à part entière qui explore les mécanismes impliqués dans le développement des cellules cancéreuses. La recherche consiste à identifier les processus à l’origine du cancer et à déterminer les facteurs moléculaires en jeu, de façon à pouvoir mettre au point de nouveaux test diagnostiques et des traitements anticancéreux innovants.

Le cancer débute par des modifications qui surviennent au sein d’une cellule isolée ou d’un petit groupe de cellules, provoquant une prolifération cellulaire incontrôlée, localisée.

• Dans les cellules saines, la division et la croissance cellulaire sont étroitement régulées.

• À l’inverse, en l’absence des mécanismes de contrôle habituellement présents au sein des cellules saines, les cellules cancéreuses se divisent sans interruption, phénomène favorisant le risque de mutations.

• À mesure que les cellules cancéreuses se divisent et prolifèrent, la tumeur se développe. Les cellules tumorales peuvent ensuite se détacher et migrer dans tout l’organisme par voie sanguine ou lymphatique et ainsi former des métastases à distance.

Encore récemment, les traitements classiques du cancer reposaient sur la chirurgie, la radiothérapie et la chimiothérapie. Les biotechnologies ont permis des avancées significatives dans le traitement du cancer avec le développement de traitements hormonaux, de biomédicaments ciblés, par exemple les anticorps monoclonaux.

Comment utiliser la biologie pour produire des médicaments ?

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Chapitre Quatre :

La biotechnologie

Les chercheurs en biotechnologie ont recours à un large éventail de techniques de laboratoire en constante évolution. Cette partie décrit certains de ces outils technologiques. Pour comprendre ce domaine, quelques connaissances de base relatives aux techniques utilisées dans les laboratoires, sont nécessaires.

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La biotechnologie

Cellules transformées

+ Les enzymes de restriction sont des protéines qui fonctionnent comme des ciseaux moléculaires et qui clivent (« coupent ») l’ADN.

Enzymes de restriction La biotechnologie emploie un procédé appelé génie génétique, qui consiste à combiner des séquences d’ADN afin de produire des protéines recombinantes potentiellement thérapeutiques. Cette technique fait appel aux enzymes de restriction.

BIO-INFORMATION Plus de 3800 enzymes de restriction sont aujourd’hui identifi ées, dont plus de 600 peuvent être achetées auprès d’entreprises spécialisées dans la vente de produits à usage scientifique.

Les chercheurs ont découvert l’existence des enzymes de restriction (endonucléases) dans les bactéries, dans les années 1970. Ils ont observé que ces enzymes permettaient de cliver l’ADN viral en petits fragments non fonctionnels, et protégeaient ainsi la bactérie d’une invasion par un virus.

Il existe des centaines d’enzymes de restriction – chacune d’entre elles reconnaissant une séquence d’ADN spécifique (site de restriction). Par exemple : • EcoR1, est une enzyme de restriction présente chez E. coli, qui reconnaît et clive la séquence de six bases GAATTC, • HaeIII, est une enzyme de restriction présente chez Haemophilus aegyptius, qui reconnaît et clive la séquence de quatre bases GGCC. L’enzyme HaeIII est capable de lire n’importe quel segment d’ADN et de le cliver chaque fois qu’elle rencontre la séquence GGCC. Toutes les enzymes de restriction sont spécifiques et reproductibles, deux caractéristiques essentielles qui permettent aux chercheurs de les utiliser pour manipuler l’ADN. L’inverse du clivage est la ligation (ou ligature). L’ADN ligase est une protéine

(enzyme) de la classe des ligases qui répare les brins brisés d’ADN au cours d’un processus appelé ligation.

La capacité à cliver et à ligaturer l’ADN constitue la base du génie génétique BIO-INFORMATION Daniel Nathans, Werner Arber et Hamilton Smith ont reçu le Prix Nobel dans la catégorie “Physiologie-Médecine”, en 1978, pour leur découverte des endonucléases de restriction.

Cette découverte a conduit au développement de la technologie de l’ADN recombinant.

La transformation de cellules bactériennes pour la production de protéines recombinantes se fait généralement avec E. coli.

La transformation de cellules animales, appelée transfection, utilise généralement une lignée cellulaire d’ovaires de hamsters chinois (CHO). Les cellules CHO ont été introduites dans les années 1960 et demeurent les cellules hôtes de mammifère les plus couramment utilisées pour la production industrielle de protéines recombinantes à visée thérapeutique.

ADN recombinant Lorsque des fragments d’ADN sont clivés et ligaturés, le nouvel ADN qui en résulte est appelé ADN recombinant.

• L’ADN recombinant peut être introduit dans des cellules pour leur conférer de nouvelles propriétés. Ces modifications génétiques peuvent consister en un changement d’une seule base (lettre) ou bien de plusieurs gènes.

• L’ADN recombinant peut être introduit dans une cellule hôte au moyen d’un vecteur, utilisé pour transporter physiquement l’ADN dans la cellule hôte (cellule bactérienne, levure, cellule végétale, cellule d’insecte ou de mammifère).

Les vecteurs bactériens les plus courants sont les plasmides et les phages (ou bactériophages).

• Un plasmide est une molécule d’ADN circulaire qui peut être manipulée génétiquement pour porter un gène d’intérêt.

• Un phage est un virus génétiquement modifié qui injecte de l’ADN dans des bactéries.

Les cellules qui contiennent de l’ADN recombinant sont dites cellules génétiquement modifiées, cellules transgéniques ou transformées.

Le processus est appelé transformation.

La biotechnologie

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BIO-INFORMATION L’insuline humaine a obtenu une autorisation de mise sur le marché en 1982. C‘est le premier biomédicament produit par la technologie de l’ADN recombinant.

Le nombre de protéines recombinantes a considérablement augmenté au cours de ces dernières années du fait des progrès réalisés dans les étapes de production et de purification.

Culture cellulaire

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La biotechnologie

Protéines recombinantes L’ADN recombinant peut être utilisé pour produire des protéines recombinantes.

Les cellules hôtes utilisent les informations du nouvel ADN et leur propre machinerie cellulaire pour synthétiser la protéine codée par l’ADN recombinant.

Lorsque des protéines recombinantes sont utilisées en thérapeutique chez l’homme, les cellules hôtes doivent être cultivées en grande quantité afin d’assurer une production suffisante. Ensuite, la protéine recombinante est isolée, purifiée et analysée pour déterminer son activité et sa qualité avant d’être mise à la disposition des patients.

Il ne suffit pas toujours de produire une protéine avec la bonne séquence d’acides aminés. Des modifications supplémentaires sont parfois nécessaires pour obtenir une protéine active ou pleinement fonctionnelle.

• De nombreuses protéines humaines doivent être glycosylées, c’est-à-dire liées à une chaîne particulière de molécules de sucres.

Si une protéine est traduite mais n’est pas glycosylée de façon appropriée, elle peut ne pas fonctionner correctement.

• L’ajout d’un groupe phosphate (processus appelé phosphorylation) peut jouer le rôle d’un bouton d’allumage, permettant aux protéines de devenir actives.

• D’autres groupes fonctionnels biochimiques peuvent être ajoutés à la protéine pour lui conférer une gamme de fonctions plus étendue.

Les cultures cellulaires consistent à faire développer des cellules en laboratoire dans des conditions contrôlées.

Les protéines recombinantes utilisées en thérapeutique comprennent, les vaccins, les hormones, les anticorps monoclonaux et les facteurs de croissance hématopoïétiques.

Ces protéines sont utilisées pour le traitement de nombreuses pathologies parmi lesquelles, les cancers, le SIDA, les allergies et l’asthme.

Pour la production industrielle de protéines, les cultures cellulaires doivent être amplifiées : les cultures cellulaires sont alors transférées dans de grandes cuves de fabrication, appelées bioréacteurs, qui permettent la production de ces protéines en grande quantité.

Cultiver de grandes quantités de cellules transformées constitue une étape déterminante de la production de protéines recombinantes. Les cellules utilisées sont des cellules bactériennes transformées ou des cellules animales transfectées.

Les protéines simples peuvent être produites en utilisant la technologie de l’ADN recombinant dans des cultures bactériennes.

En revanche, les protéines plus complexes (protéines glycosylées par exemple) sont produites au sein de cultures de cellules animales.

Les cellules sont cultivées dans des boîtes de Petri ou dans des flacons contenant un milieu liquide.

• Le milieu de culture apporte tous les nutriments nécessaires à la croissance cellulaire.

• Les cultures sont réalisées dans un incubateur qui maintient une température et un environnement favorables (souvent composés de mélanges gazeux particuliers).

Il est très important de maintenir des conditions de culture spécifiques, une variation de l’environnement pouvant affecter les protéines exprimées et par conséquent le produit obtenu.

Outils de recherche Le recours aux biotechnologies nécessite des équipements de laboratoire très sophistiqués.

Certaines techniques sont décrites ci-après.

Thermocycleur La réaction en chaîne par polymérase (PCR) est une technique permettant de répliquer de l’ADN dans un appareil appelé thermocycleur.

La PCR repose sur une série de cycles qui copie (ou « amplifie ») de façon exponentielle une petite quantité initiale d’ADN. Ainsi, un seul morceau d’ADN peut être recopié et reproduit en des millions d’exemplaires identiques.

La PCR permet aux chercheurs d’obtenir des quantités suffisantes d’ADN pour réaliser différentes analyses. Cette technique peut être utilisée pour de nombreuses applications, par exemple, l’obtention d’une séquence d’ADN ou d’un gène en quantité suffisante pour créer une protéine recombinante.

BIO-INFORMATION Kary Banks Mullis a mis au point la PCR en 1983 et a reçu le Prix Nobel de Chimie en 1993 pour cette invention.

Électrophorèse sur gel L’électrophorèse sur gel est une technique couramment utilisée en laboratoire, pour séparer et analyser des fragments d’ADN. Chaque fragment d’ADN, chargé négativement, migre vers le pôle positif de l’appareil.

Leur progression est d’autant plus lente que le poids moléculaire du fragment d’ADN est élévé.

-

+ Puits

Gel

Électrophorèse sur gel

Puces à ADN Une puce à ADN (également appelée biopuce) est un petit morceau de verre ou de silicone divisé en milliers de zones formant une grille.

Chaque zone porte un fragment de gène simple brin correspondant à un gène sain ou pathologique.

• L’ADN d’un individu est séparé en molécules d’ADN simple brin et marqué à l’aide d’un colorant fluorescent.

• L’ADN marqué est ensuite passé sur la biopuce et il se lie avec toutes les séquences d’ADN complémentaires éventuellement présentes sur la puce, pour former un double brin d’ADN. • Avec l’aide d’un ordinateur, les points (ou « spots ») d’ADN double brin, marqués par fluorescence, peuvent être localisés et leur intensité mesurée.

Les puces à ADN sont des outils puissants qui permettent d’analyser des milliers de gènes en un seul test.

• Elles sont utilisées pour, réaliser des tests génétiques, comparer les informations génétiques de différents individus ou espèces et peuvent permettre de découvrir des cibles thérapeutiques potentielles.

Différents types d’électrophorèse sont utilisés.

Ils varient en fonction du type de matériaux de séparation utilisés et du type de molécules à séparer.

Les applications de l’électrophorèse sur gel sont nombreuses en recherche comme en clinique. Une des applications les plus courantes, est la vérification des produits de PCR (s’assurer que la réaction a bien généré le fragment d’ADN attendu).

Puce à ADN

La biotechnologie

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• Elles sont aussi utilisées pour rechercher et identifier des gènes d’intérêt.

• Certaines puces recouvertes de protéines, de tissus, de produits chimiques ou d’anticorps, permettent d’analyser des milliers de points à la fois.

BIO-INFORMATION Les puces à ADN sont capables de générer un si grand nombre d’informations que des bases de données spécialisées dans les puces à ADN sont nécessaires pour leur stockage, leur recherche et leur analyse.

Certaines de ces bases de données sont publiques.

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La biotechnologie

Chapitre Cinq :

La découverte de nouveaux médicaments

La découverte de nouveaux médicaments nécessite de comprendre les mécanismes physiopathologiques impliqués dans une maladie et d’identifier les acteurs en jeu, l’objectif final étant d’arriver avec une nouvelle molécule, à contrecarrer un ou plusieurs processus pathologiques.

La découverte de nouveaux médicaments

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Premières phases de la recherche et de la découverte pharmacologiques La première étape du processus de recherche d’un nouveau médicament est l’identification d’un besoin médical non couvert.

• Que sait-on de la maladie ?

• Quelles sont les options thérapeutiques actuelles ?

• Le laboratoire possède-t-il l’expertise, la technologie et les ressources nécessaires pour résoudre le problème ?

• Les compétiteurs et les éventuelles contraintes réglementaires sont aussi à prendre en compte.

BIO-INFORMATION Selon les données EUROSTAT, les trois maladies ayant provoqué le plus de décès en Europe sont, les cancers, les maladies cardiovasculaires et les maladies respiratoires.

Découvrir une cible Après avoir identifié un besoin médical non couvert, les chercheurs doivent analyser le plus précisément possible les mécanismes biologiques impliqués dans la maladie de façon à identifier des cibles thérapeutiques potentielles et à pouvoir répondre aux questions : quels sont les niveaux d’intervention possible et quelles sont les options envisageables?

Une cible est une molécule qui joue un rôle clé dans une maladie. Les scientifiques estiment qu’il existe aujourd’hui environ 8 000 cibles thérapeutiques connues. Les cibles peuvent être des facteurs sécrétés, des récepteurs membranaires ou des voies de signalisation cellulaire.

L’objectif est de développer un médicament, qui du fait de son interaction avec la cible, pourra contrecarrer le processus pathologique.

L’autre aspect essentiel de ce type de recherche est aussi de s’assurer que le nouveau médicament présentera un rapport bénéficerisque favorable.

De la cible choisie, dépendra ensuite la stratégie thérapeutique.

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La découverte de nouveaux médicaments

• Dans certaines maladies héréditaires, une modification de l’expression ou de la séquence de certains gènes entraîne un fonctionnement anormal des cellules de l’individu. La cible peut être présente en excès ou au contraire se trouver en quantité insuffisante, voire même être absente.

L’objectif est donc de déterminer si l’objectif du traitement est de bloquer la cible, de la stimuler ou de la remplacer pour rétablir un fonctionnement normal.

• Dans le cas d’une maladie provoquée par un agent pathogène externe (virus, bactérie), le germe pathogène produit des molécules qui peuvent endommager les cellules de l’hôte.

L’objectif de la recherche est dans ces caslà, d’identifier cette ou ces molécules, cibles thérapeutiques potentielles.

L’identification d’une cible moléculaire peut être réalisée par différentes techniques : puces à ADN, électrophorèse des protéines, spectrométrie de masse (SM), séquençage de l’ADN et imagerie par ordinateur.

Même si cela peut paraître simple, la découverte d’une cible est souvent difficile et peut prendre des années, du fait de la complexité des interactions entre les cellules et leur environnement et au sein des cellules elles-mêmes. Tandis qu’un ou plusieurs mécanismes physiopathologiques peuvent être associés à une maladie, un mécanisme donné peut comporter à lui seul, plusieurs points d’intervention possibles.

Parfois, les différences entre les cellules saines et les cellules malades sont difficiles à détecter.

BIO-INFORMATION Etudier les mécanismes à l’origine d’une maladie consiste à en rechercher les bases génétiques et moléculaires.

Une autre difficulté consiste à repérer parmi une centaine de gènes exprimés au cours d’une pathologie, celui ou ceux qui présentent un rôle essentiel

Bibliothèques chimiques Dans les années 1990, des chimistes ont construit d’immenses bibliothèques de substances chimiques ( appelées chimiothèques ), qui contiennent des milliers, voire des millions de produits chimiques aux structures différentes, utilisés pour découvrir de nouveaux médicaments (technique du criblage).

Ces chimiothèques sont souvent la propriété des laboratoires pharmaceutiques qui les ont mises en place pour favoriser la recherche et la découverte de nouvelles molécules à visée thérapeutique.

Le criblage initial des candidats médicaments est relativement simple.

Une fois les médicaments candidats potentiels ou une molécule initiale identifiée, des tests plus complexes sont effectués lors de nouvelles séances de criblage. Les composés de base des médicaments candidats sont souvent des produits naturels (provenant de microbes, de plantes ou d’organismes marins simples) ou des produits chimiques de synthèse.

La chimie combinatoire permet d’augmenter les échantillons de molécules référencés dans les chimiothèques : synthèse de produits chimiques de plus grande taille, de molécules plus complexes et/ou de molécules chimiquement apparentées à des structures chimiques communes.

La chimie combinatoire appliquée aux petites molécules thérapeutiques permet la synthèse de grandes molécules organiques (association de molécules organiques plus petites), avec un meilleur profil d’efficacité et de tolérance.

Drug Discovery

Récepteurs cellulaires et canaux ioniques Les cibles les plus courantes des médicaments sont les récepteurs cellulaires – des protéines présentes à la surface ou à l’intérieur d’une cellule auxquelles une molécule de signalisation spécifique peut se lier. Ces molécules de signalisation peuvent être des hormones, des neurotransmetteurs, des molécules thérapeutiques, des toxines ou même des agents infectieux. Lorsqu’une molécule de signalisation se lie à un récepteur, il se produit une modification physique qui déclenche une réponse cellulaire spécifique.

D’autres cibles courantes des médicaments sont les canaux ioniques (des protéines qui forment des pores dans les membranes qui entourent les cellules) et les enzymes (des protéines qui augmentent la vitesse de réactions chimiques).

Validation de la cible Une fois les cibles thérapeutiques potentielles identifiées, la seconde étape consiste à les valider. La validation de la cible comporte deux volets.

• Le premier est de démontrer que la molécule cible joue effectivement un rôle dans la maladie.

• Le second consiste à confirmer que la cible est un candidat possible pour une intervention thérapeutique.

Ces deux points sont à prendre en compte avant que le médicament ne soit testé chez l’homme : est-il possible de produire un médicament efficace et sûr contre la cible ?

Différentes techniques permettent de valider une cible et le procédé doit tenir compte du temps, du coût et de la technologie.

Dans les situations les plus simples, la validation est effectuée en injectant la cible dans des tissus sains (cultures cellulaires ou modèles animaux représentatifs) pour induire une maladie donnée. Il convient ensuite d’observer si le fait d’inhiber la cible, permet le retour à l’état initial (non pathologique).

Dans d’autres contextes, des maladies se développent car certaines molécules ne sont pas exprimées. L’étude d’échantillons biologiques prélevés chez ces patients, peut être un autre moyen de valider une cible.

BIO-INFORMATION Les molécules cibles peuvent être des récepteurs, des enzymes, des canaux ioniques, des facteurs de croissance, des cytokines et des protéines se liant à l’ADN.

Le point commun entre ces différentes cibles est qu’elles sont souvent impliquées dans les processus de transduction du signal, voies qui déterminent et contrôlent la vie des cellules (division, différenciation, synthèse protéique et mort cellulaire programmée ou apoptose).

Les études initiales sont généralement réalisées sur des cultures cellulaires et si

les résultats sont positifs, l’étape suivante consiste à utiliser un modèle animal. Il est parfois nécessaire de créer un modèle animal adapté pour valider une cible.

Certaines situations sont plus compliquées : • La cible n’existe pas chez l’animal ou ne reproduit pas la maladie observée chez l’homme, • La cible est parfois tellement spécifique à l’homme que le médicament ne reconnaît pas la cible du modèle animal, • ou encore l’animal développe une réponse immunitaire contre le médicament candidat et ainsi bloque tout effet thérapeutique.

La maladie d’Alzheimer propre à l’homme, est une pathologie pour laquelle la mise au point de modèles animaux (souris) mimant la maladie, a été particulièrement difficile.

Les chercheurs analysent aussi, sur les modèles précliniques, les autres effets du médicament candidat.

La cible est parfois exprimée par d’autres cellules ou tissus que ceux directement im p liq u é s d a n s la m a la d ie . D’ a u t re s questions se posent : • Comment réagissent ces cellules et ces t is s u s , e n p r é s e n c e d u m é d ic a m e n t candidat ?

• Le médicament candidat exerce-t-il des effets délétères sur d’autres cellules ou tissus ?

• Déclenche-t-il une réponse immunitaire ?

• Stimule-t-il d’autres cibles similaires ?

• Présente-t-il des problèmes de toxicité ?

BIO-INFORMATION Les chercheurs ont commencé récemment à utiliser la simulation par ordinateur pour modéliser les interactions entre les médicaments et leurs cibles, afin de guider la découverte de nouvelles molécules à visée thérapeutique.

La découverte de nouveaux médicaments

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Les études précliniques constituent une étape importante en vue des futurs essais cliniques sur le médicament.

Après son autorisation de mise sur le marché, une analyse systématique de son innocuité et de sa tolérance dans la vraie vie et à large échelle, est régulièrement effectuée, et ce pendant toute sa durée de vie.

Criblage Le criblage à haut débit est un procédé qui associe la robotique et le traitement des données pour identifier rapidement les composés, anticorps ou gènes, qui modulent une voie biologique donnée. Des séries de médicaments potentiels sont ainsi testées pour évaluer leur activité vis-à-vis de molécules cibles.

Pour une maladie sélectionnée, le laboratoire de recherche doit mettre au point une méthode ( dosage ) permettant de déterminer et / ou de mesurer l’activité pharmacologique de plusieurs centaines à plusieurs milliers de molécules.

Ces méthodes mesurent la capacité des molécules testées, à inhiber ou stimuler une cible : par exemple, la capacité à tuer des cellules cancéreuses en culture ou une action plus complexe telle que la capacité à inhiber une enzyme impliquée dans une maladie.

En général, plus le dosage est complexe, et plus les informations sont pertinentes – mais aussi, plus le coût est élevé et plus le temps nécessaire à l’obtention des données est long.

Parmi les molécules dignent d’intérêt (c’est-à-dire montrant un résultat positif qui semble révéler un potentiel thérapeutique intéressant), celles qui présentent des propriétés pharmacologiques plus intéressantes (solubilité, perméabilité, stabilité, etc.), sont identifiées comme « têtes de série ». Une fois le médicament candidat identifié, il est aussi possible d’optimiser son efficacité en modifiant sa structure moléculaire (par chimie combinatoire pour

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La découverte de nouveaux médicaments

les petites molécules ou par ingénierie des protéines pour les grosses molécules).

Petites molécules et protéines recombinantes : choisir le bon médicament pour la cible

Conception d’un médicament La conception d’un médicament débute par la compréhension des bases génétiques et moléculaires d’une pathologie donnée et l’utilisation de ces informations pour sélectionner une cible thérapeutique spécifique.

Des médicaments sont ensuite identifiés pour interagir avec la cible choisie, le choix étant orienté vers des médicaments hautement spécifiques d’une cible, avec l’espoir d’obtenir une meilleure efficacité et moins d’effets indésirables.

Les techniques d’imagerie telles que la cristallographie aux rayons X peuvent permettre d’obtenir des informations supplémentaires sur la structure dans l’espace de la cible choisie et ainsi d’optimiser les stratégies de mise au point d’un médicament (modélisation moléculaire).

Concevoir une stratégie de ciblage revient généralement à choisir entre une petite molécule thérapeutique et un agent biologique - le plus souvent un anticorps ou une protéine recombinant(e). Chaque type de médicaments possède des avantages et des inconvénients spécifiques.

La nature de la cible et les capacités de recherche et de production sont des critères déterminants au moment de la mise au point d’un médicament.

• Si la cible se trouve à la surface externe de la membrane cellulaire ou qu’elle est sécrétée à l’extérieur de la cellule, des protéines thérapeutiques telles que des anticorps monoclonaux ou des peptides peuvent être utilisés.

• Si la cible se trouve à l’intérieur de la cellule, seuls des médicaments capables de traverser la membrane cellulaire, tels que des petites molécules, peuvent être envisagés.

Le mode d’administration ( comprimé, solution injectable, spray à inhaler ou autre…) est un autre critère important à prendre en compte à ce stade du développement du médicament.

Les petites molécules peuvent en général traverser les membranes cellulaires et pénétrer dans les cellules, ce qui permet de les utiliser pour des cibles intracellulaires. Généralement, les agents biologiques ne peuvent pas traverser les membranes cellulaires, ce qui limite leur utilisation à des cibles se trouvant à la surface ou à l’extérieur des cellules.

A la différence d’un grand nombre de petites molécules, les anticorps recombinants présentent généralement une très forte spécificité visà-vis de leurs cibles, ce qui signifie aussi qu’ils entraînent moins d’effets indésirables. Les demi-vies (durée d’activité d’un médicament dans la circulation sanguine ou dans les tissus cibles) des petites molécules sont variables alors que celles des biomédicaments sont souvent beaucoup plus longues, en partie parce qu’ils sont modélisés sur de vraies molécules biologiques. Cela signifie une posologie moins élevée pour les biomédicaments que pour les petites molécules, moins de prises et éventuellement une meilleure adhésion au traitement.

Les biomédicaments sont généralement administrés par voie injectable tandis que les petites molécules peuvent être prises par voie orale.

Les petites molécules peuvent souvent traverser la barrière hématoencéphalique, ce qui est rarement le cas des biomédicaments, expliquant les limites d’utilisation de ces traitements dans le traitement de pathologies cérébrales telles que les troubles psychiatriques et les maladies neurodégénératives.

Drug Discovery

Chapitre Six :

Le développement de nouvelles molécules

Après le long processus de recherche et de mise au point d’une molécule candidate, le développement du médicament est encore loin d’être achevé. Il comprend différentes étapes nécessitant une évaluation de la tolérance et de l’efficacité. Il convient également de définir sa formulation et les conditions de sa fabrication. En règle générale, les tests de tolérance sont réalisés au cours d’expérimentations appelées études précliniques. Si ces études suggèrent un profil de tolérance favorable, le médicament candidat est ensuite testé chez l’homme au cours d’études appelées essais cliniques.

Le développement de nouvelles molécules

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Etudes précliniques Les études précliniques sont des tests qui se déroulent au sein d’un laboratoire, dans un cadre scientifiquement contrôlé et qui utilisent des cultures cellulaires et /ou des modèles animaux. L’objectif de cette étape est d’observer la pharmacocinétique du médicament candidat, d’évaluer son activité (pharmacodynamique) et son profil de tolérance, avant son administration chez l’homme.

Les études pharmacocinétiques fournissent des informations permettant de répondre aux questions : • Comment le médicament est-il absorbé et transporté ?

• Quelles sont les cellules et les organes concernés ?

• Quelles enzymes de l’organisme dégradent le médicament et à quelle vitesse ?

• Comment le médicament ou ses métabolites (produits de dégradation) sont-ils éliminés de l’organisme ?

Les études pharmacodynamiques, recherchent un éventuel effet-dose et analysent les modifications induites par le médicament candidat, par exemple sur les activités enzymatiques, la fréquence cardiaque, la tension artérielle, la température corporelle, etc. Elles indiquent aussi la façon dont l’organisme réagit au médicament candidat et testent si le médicament est nocif ou toxique.

Les études toxicologiques évaluent le potentiel « toxique » du médicament candidat ou de ses métabolites : lésions ou destruction de cellules ou d’organes, effet cancérigène, effets délétères sur la reproduction (tératogénicité, stérilité).

Les études pharmacocinétiques et pharmacodynamiques réalisées en préclinique doivent permettre de répondre à la question : le médicament est-il sans danger ?

Etablies au départ aux Etats - Unis et généralisées ensuite à un grand nombre de pays, notamment l’Europe et donc la France, les Bonnes Pratiques de Laboratoire, sont des recommandations de pratique qui sont exigées pour tous les essais.

Les informations issues de ces études sont primordiales puisqu’elles vont permettre, entre autres, de déterminer les doses qui seront utilisées chez l’homme dans les essais cliniques de phase I. Les laboratoires pharmaceutiques ont l’obligation de soumettre aux agences de réglementation, les résultats obtenus sur les modèles animaux. Pour des raisons éthiques et financières, des mesures sont prises pour réduire le nombre d’animaux utilisés.

Par exemple, aux États-Unis, les instituts qui font de la recherche sur des modèles animaux et qui reçoivent des subventions fédérales doivent mettre en place un Comité institutionnel de soin et d’utilisation des animaux (Institutional Animal Care and Use Committee – IACUC), chargé d’examiner les protocoles de recherche et d’évaluer les soins apportés aux animaux. Il a pour mission de s’assurer que les laboratoires respectent la loi américaine relative au bien-être des animaux (Animal Welfare Act).

Les modèles animaux sont très utiles pour tester l’efficacité et l’innocuité des médicaments candidats.

Par exemple, les souris knock-out et/ou les souris knock-in pour valider une cible : • Les souris knock-out sont génétiquement modifiées pour inactiver un ou plusieurs gènes (par exemple responsable d’une fonction ou d’une protéine donnée).

• Au contraire, les souris knock-in sont des animaux chez lesquels un ou plusieurs gènes de maladies humaines, ont été introduits dans

*Pour plus d’informations sur l’engagement d’Amgen pour l’utilisation éthique des modèles animaux en recherche, consulter : www.amgen.com/science/ethical_research html

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Le développement de nouvelles molécules

Comment la posologie estelle déterminée ?

Il existe deux types d’études de phase I de détermination de dose : les études à doses uniques croissantes et les études à doses répétées croissantes. Études à doses uniques croissantes Quelques volontaires reçoivent une faible dose du nouveau médicament expérimental. En l’absence de survenue de réactions indésirables, un autre groupe reçoit une dose légèrement plus élevée du nouveau médicament et ce processus est répété autant de fois que nécessaire, jusqu’à l’apparition d’effets indésirables trop importants. À ce niveau de dose, on dit que le nouveau médicament a atteint la dose maximale tolérée (DMT). Études à doses répétées croissantes Les mêmes volontaires reçoivent des doses de plus en plus élevées du nouveau médicament expérimental jusqu’à ce qu’un certain palier de dose soit atteint.

Des échantillons de liquides biologiques sont recueillis à chaque augmentation de dose pour comprendre le devenir du médicament expérimental dans l’organisme.

Les études cliniques de Phase I sont généralement menées dans une unité hospitalière où une surveillance régulière des sujets peut être réalisée.

le capital génétique de façon à reproduire une maladie, par exemple, un certain type de cancer, le diabète, la maladie d’Alzheimer ou encore la maladie de Parkinson.

Ces essais menés chez l’animal sont aussi utiles pour détecter d’éventuels effets indésirables avant le passage du médicament en développement clinique chez l’homme.

Au départ, de nombreuses études de sécurité d’emploi et de toxicité sont réalisées sur des lignées cellulaires spécifiques, modifiées pour exprimer des gènes souvent responsables d’effets indésirables. La création de modèles de lignées cellulaires a permis ainsi de diminuer le nombre d’animaux requis pour les tests et d’accélérer le processus de développement.

Essais cliniques Les essais cliniques sont des études conçues pour déterminer l’efficacité, la tolérance, la dose la plus appropriée et les effets d’une utilisation prolongée d’un nouveau médicament chez l’homme.

Les essais cliniques se déroulent en trois phases successives : les études de phase I, les études de phase II et les études de phase III, le nombre de sujets participants augmentant progressivement à chaque étape. Les objectifs de ces trois types d’études sont différents et permettent de répondre à tout un ensemble de questions. Si une phase est franchie avec succès, le candidat médicament passe à la phase suivante. En cas d’échec, le développement du médicament est interrompu, transitoirement ou définitivement.

Les essais cliniques sont menés dans différents centres et la réalisation des trois types d’études, nécessite plusieurs années.

Etudes de Phase I Les essais de phase I sont les premières études menés chez l’homme avec un médicament candidat.

L’objectif de ces essais est d’évaluer l’innocuité, la tolérance de la nouvelle molécule et les doses pouvant être administrées chez l’homme.

Ces essais concernent généralement un petit nombre de sujets, de l’ordre de 20 à 50, le plus souvent des volontaires sains, parfois des patients (en particulier en cancérologie) en impasse thérapeutique (patients non répondeurs ou présentant des contreindications aux traitements).

Etudes de Phase II L’objectif des essais de phase II est de déterminer l’efficacité et la tolérance du nouveau médicament expérimental, chez environ 100 à 300 patients atteints de la maladie que le médicament est destiné à traiter. On fait une distinction entre les essais de phase II-A (détermination de la posologie) et les essais de phase II-B (évaluation de l’efficacité).

Cette étape est déterminante, le développement de nombreux médicaments candidats s’arrêtant parfois à ce stade, en raison d’une efficacité insuffisante ou d’une toxicité trop importante.

Etudes de Phase III L’objectif des essais de phase III est de confirmer l’efficacité du nouveau médicament expérimental et de comparer ses effets à ceux d’un placebo ou à ceux d’un traitement déjà mis sur le marché. Ces essais, les plus onéreux et les plus longs (il faut au minimum deux ans pour établir la sécurité d’emploi à long terme d’un médicament), incluent des centaines voire des milliers de patients.

Le développement de nouvelles molécules

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Méthodologie des essais BIO-INFORMATION L’une des plus grandes difficultés liées aux essais cliniques est la pénurie de sujets à inclure dans les études.

Etudes de Phase IV

Une fois cette ou ces études de phase III terminées avec succès, le laboratoire promoteur soumet un dossier de demande d’autorisation de mise sur le marché pour le nouveau médicament, auprès de l’EMA et/ou de l’AFSSAPS (en ce qui concerne la France).

Si l’autorité de réglementation compétente (la FDA aux États-Unis ou l’EMA en Europe) approuve le médicament, le laboratoire promoteur est autorisé à commercialiser le produit dans le ou les pays dépendants de cette autorité.

La production à grande échelle doit être effectuée dans des installations qui respectent les recommandations de Bonnes Pratiques de Fabrication, de façon à garantir la qualité, l’innocuité et la pureté du produit.

26

Le développement de nouvelles molécules

Les essais de phase IV sont menés une fois qu’un médicament a été mis sur le marché.

L’un des principaux objectifs de ces études est de valider l’efficacité et la tolérance du médicament, lorsqu’il est utilisé dans « la vraie vie », dans un contexte médical courant, chez une population de patients tout venant (et non sélectionnés comme c’est le cas des essais cliniques) et à large échelle (plusieurs milliers d’individus).

Il arrive que certains effets indésirables peu fréquents, non observés dans les études cliniques de phase III, soient détectés plus tardivement. La survenue d’un effet secondaire grave peut entrainer la suspension temporaire ou le retrait du médicament, sur décision du laboratoire promoteur ou d’un organisme de réglementation tel que l’AFSSAPS. Dans de telles situations, la réalisation d’études supplémentaires peut permettre la réintroduction ultérieure du médicament.

Le développement d’un nouveau médicament nécessite en moyenne 10 à 15 ans et très peu de nouvelles molécules réussissent à franchir ces différentes étapes. Sur 1000 nouveaux médicaments potentiels, un seul obtiendra une autorisation de mise sur le marché.

Les essais de phase III sont souvent des études contrôlées randomisées et menées en double aveugle.

Dans ce type d’étude, ni le patient, ni le médecin ne sait ce que reçoit le patient, le médicament A ou le médicament B ou, le médicament A ou le placebo.

Chaque patient volontaire est assigné au hasard à l’un des deux groupes de traitement.

Une tierce partie conserve la documentation contenant cette information et ne la divulgue qu’une fois l’étude terminée.

Chapitre Sept :

Dernière étape décisive : la production à grande échelle

La fabrication des médicaments biologiques est un processus complexe. En effet, la plupart sont des protéines, c’est-à-dire de grosses molécules, de structures variables et sensibles aux conditions environnementales.

La production d’un biomédicament nécessite quatre grandes étapes : • La production de la lignée cellulaire primaire, • La culture de ces cellules et la production de la protéine, • L’isolement et la purification de la protéine obtenue à partir des cultures cellulaires, • Et la mise en forme pharmaceutique du biomédicament.

L’ensemble de ce processus, de la création de la banque de cellules primaires à la préparation du biomédicament pour le patient, peut prendre des années et coûter des centaines de millions d’euros.

La production à grande échelle

27

Mise en œuvre des protocoles issus de la R & D La phase de R & D (recherche et développement) permet la mise au point de méthodes de production à petite échelle et de déterminer la forme galénique du médicament (les médicaments issus des biotechnologies sont le plus souvent administrés par voie injectable).

Ensuite, les laboratoires pharmaceutiques conçoivent des méthodes de production à plus grande échelle permettant alors la fabrication d’un nombre de doses adapté au nombre de patients concernés. Ces méthodes de production doivent respecter les Bonnes Pratiques de Fabrication (BPF) en vigueur.

Lignées cellulaires courantes De nombreux produits issus des biotechnologies sont des protéines qui doivent être synthétisées par des cellules en culture.

Les cellules d’ovaire de hamster chinois (cellules CHO), les cellules non sécrétrices (cellules NS0, prononcer «NS zéro») et E. coli, sont les trois lignées les plus souvent utilisées pour la production des biomédicaments, notamment la production des anticorps monoclonaux.

BIO-INFORMATION L’European Collection of Cell Cultures (ECACC) a été créée en 1984 ; cette collection contient actuellement plus de 40 000 lignées cellulaires et constitue un centre d’expertise et de référence en matière de cultures cellulaires. (http://www.hpacultures.org.uk/collections/ ecacc.jsp)

Il existe plusieurs raisons d’utiliser ces cellules : • Les cellules CHO et NS0 synthétisent les protéines de façon très similaire aux cellules humaines.

• Ces deux lignées cellulaires sont immortelles, capables en théorie de proliférer et de produire la protéine, indéfiniment.

• Les conditions optimales de culture de ces lignées cellulaires sont bien connues et aujourd’hui parfaitement maitrisées.

28

La production à grande échelle

• Ces deux lignées cellulaires ont obtenu le statut GRAS (“generally regarded as safe” - généralement reconnu inoffensif) pour la production de protéines thérapeutiques.

• Et les cellules NS0 présentent un avantage supplémentaire : programmées pour produire des anticorps, elles ne produisent ni ne sécrètent aucun de leurs propres anticorps.

D’autres lignées cellulaires peuvent être utilisées et peuvent s’avérer mieux adaptées.

Le choix de la lignée cellulaire dépend de l’expertise de la société, des propriétés des cellules et des exigences réglementaires.

Transposition d’échelle et adaptation des procédés de fabrication Le passage à plus grande échelle d’un procédé de culture cellulaire peut être très compliqué et prendre beaucoup de temps ; il peut s’écouler plusieurs mois avant d’arriver à produire un biomédicament en plus grande quantité.

L’ensemble du processus de fabrication d’un produit biotechnologique, est souvent appelé «campagne» et comporte habituellement deux grandes parties : le travail en amont et le travail en aval.

• Les processus en amont concernent la production de la protéine, le plus souvent réalisée au moyen de cultures cellulaires (cellules microbiennes, cellules d’insectes ou de mammifères).

• Les processus en aval comprennent la collecte, la purification, la formulation et le conditionnement de la protéine produite.

La phase d’amont Le travail en amont débute avec la création de lignées cellulaires destinées à produire une protéine donnée. Une fois la lignée cellulaire obtenue, celle-ci est cryoconservée : de nombreux tubes sont congelés de façon à constituer une banque de cellules.

Au début d’une campagne, des cellules provenant d’une banque cellulaire, sont prélevées, décongelées puis mises en culture dans un milieu fournissant les nutriments et l’environnement optimal pour leur survie.

Banques de cellules Les banques de cellules mettent en jeu un système de congélation à deux niveaux : une banque de cellules primaire (master cell bank - MCB) et une banque de cellules de travail (working cell bank - WCB). Les scientifiques utilisent un tube de cellules de la MCB pour créer la WCB. Une fois établie, la WCB est utilisée pour produire des lots de produit lors du processus d’expansion. Le fait de travailler à partir du même stock de lignée cellulaire limite les risques de mutations associés aux cultures en série.

La MCB est une réserve de cellules que les scientifiques n’utilisent que lorsque c’est absolument nécessaire. Pour protéger l’intégrité des lignées cellulaires, les laboratoires pharmaceutiques conservent leurs banques de cellules à deux ou plusieurs endroits au sein de leurs locaux ainsi que sur un autre site.

Les récipients de culture sont de tailles variables : Les flacons ont une contenance de 5 ml.

• Les Spinner Flasks ou les Roller Bottles contiennent de 50 à 200 ml.

• Les bioréacteurs de paillasse contiennent de 5 à 20 litres.

• Les bioréacteurs à l’échelle pilote contiennent de 50 à 200 litres.

• Les cuves de production contiennent 20 000 litres ou plus.

Des processus d’adaptation visant à une production plus importante sont ensuite effectués progressivement en transférant les cellules cultivées dans des récipients de culture de plus en plus grands et contenant des quantités de plus en plus importantes de milieu de culture.

Ainsi, le nombre de cellules augmente à chaque étape, et plus ce nombre est important, plus les protéines sont produites en grandes quantités.

l’ensemble des contrôles, qui sont déterminants pour la réussite des différentes étapes d’adaptation de la production et pour la production à grande échelle ensuite.

Contrôle des systèmes mis en place pour augmenter la production L’objectif de cette phase est de cultiver les cellules le plus rapidement possible et de produire les plus grandes quantités possibles de protéine.

A chaque nouvelle étape, la viabilité et la densité cellulaire ainsi que la concentration et l’activité de la protéine produite, sont évaluées. De même, l’environnement physique dans lequel ces cellules sont cultivées est surveillé régulièrement ; il s’agit d’une opération réalisée manuellement de façon à pouvoir à tout moment optimiser les paramètres de culture (température, pH, concentration en nutriments et taux d’oxygène).

• Le département AQ est généralement responsable du respect des objectifs de qualité et de l’élaboration des rapports.

Lorsque la culture cellulaire est suffisamment importante pour être transférée dans des fermenteurs, le processus de contrôle est alors automatisé.

Il est essentiel qu’à chaque nouvelle étape de fermentation et de production, une surveillance des cultures soit réalisée et que la présence d’une éventuelle contamination par des bactéries, des levures ou d’autres micro organismes, soit détectée. La moindre contamination d’une culture rend inutilisable le lot entier de protéines produites. Les techniciens suivent donc des protocoles très stricts de façon à maintenir en permanence des conditions aseptiques.

Contrôle Qualité et Assurance Qualité Les départements Contrôle Qualité (CQ) et Assurance Qualité (AQ) sont chargés de

• Le département CQ est responsable de la qualité et des tests du biomédicament au cours des étapes de développement, bien avant que le produit n’arrive au stade de la commercialisation, de façon à garantir que les procédés d’adaptation et de production respectent les normes en vigueur.

La phase aval La phase aval de la fabrication consiste à étudier les protéines produites.

• Extraction des protéines : Les protéines présentes à l’intérieur des cellules (protéines intracellulaires) nécessitent la mise en œuvre de protocoles particuliers pour les extraire en vue d’une purification.

Les protéines présentes à l’extérieur des cellules ( protéines extracellulaires ) sont souvent plus faciles à isoler.

• L’étape suivante est la clarification, qui consiste à séparer la protéine des débris cellulaires. La solution obtenue est passée sur une série de colonnes de chromatographie afin de recueillir uniquement les protéines.

• La purification par chromatographie sur colonne, permet de séparer les protéines en fonction de leurs propriétés physicochimiques (taille, forme et charge électrique).

Des étapes de purification supplémentaires permettent d’éliminer l’ADN résiduel et d’inactiver les particules virales éventuellement présentes.

Les chercheurs vérifient l’isolement et la purification de la protéine à l’aide de protocoles d’essais validés. Le produit est ensuite formulé conformément aux spécifications de la R&D et conditionné pour pouvoir être utilisé par les médecins et les patients.

La production à grande échelle

29

Chapitre Huit :

Les médicaments issus des biotechnologies

L’industrie des biotechnologies utilise des technologies avancées qui font appel à la biologie cellulaire et moléculaire, pour créer de nouveaux médicaments destinés à prévenir ou à traiter des maladies.

Ces produits sont des protéines thérapeutiques, des anticorps monoclonaux, des vaccins, des produits d’immunothérapie contre les allergies, des dérivés du sang et des tissus ou cellules utilisés pour les greffes.

30

Les médicaments issus des biotechnologies

Anticorps monoclonaux Bien que la technologie des anticorps monoclonaux ait été inventée au milieu des années 1970, il lui aura fallu 20 ans pour montrer son véritable potentiel.

Les premiers anticorps monoclonaux expérimentaux développés avec des modèles de souris se sont avérés inefficaces car le système immunitaire humain rejetait les anticorps de souris considérés comme étrangers.

La création d’anticorps d’abord humanisés, puis totalement humains, a par la suite permis d’utiliser cette technologie révolutionnaire avec succès pour lutter contre le cancer et d’autres maladies graves ou invalidantes.

Protéines thérapeutiques La technologie de l’ADN recombinant est utilisée pour la production de protéines thérapeutiques, souvent appelées médicaments biologiques ou biomédicaments utilisés dans différents domaines thérapeutiques : l’oncologie, la rhumatologie, l’immunologie, l’endocrinologie et la virologie.

Environ 50 protéines thérapeutiques recombinantes ont reçu une autorisation de mise sur le marché et sont actuellement commercialisées, et des centaines d’autres sont en cours d’évaluation dans le cadre d’essais cliniques.

Certains biomédicaments sont utilisés avec succès depuis plus de 20 ans et sont actuellement considérés comme des traitements de référence : c’est le cas, par exemple, de l’insuline.

Les médecins utilisent depuis longtemps les protéines thérapeutiques destinées à remplacer ou à augmenter les protéines produites naturellement par l’organisme, en raison de la présence anormalement faible ou même de l’absence de la protéine naturelle, observées au cours d’une pathologie donnée.

Certaines protéines recombinantes sont identiques aux protéines produites naturellement par l’organisme. D’autres ne sont pas des copies exactes mais produisent des effets similaires dans l’organisme.

Vaccins Les vaccins stimulent le système immunitaire et confèrent une protection contre certaines maladies. Les premiers vaccins étaient constitués de virus inactivés (tués) ou atténués incapables de se reproduire dans l’organisme mais capables de déclencher une réaction immunitaire.

Des vaccins sont également fabriqués à partir de protéines recombinantes, en insérant les gènes codant pour les antigènes souhaités dans un vecteur. Un vecteur vaccinal est une bactérie ou un virus atténué dans lequel le matériel génétique inoffensif provenant d’un autre micro-organisme pathogène, peut être introduit. Les vaccins recombinants ne déclenchent pas de maladie mais contiennent

l’antigène qui va provoquer la production d’anticorps protecteurs vis-à-vis du virus concerné. Les vaccins recombinants sont bien tolérés, faciles à cultiver et à conserver.

Anticorps L’une des grandes branches de l’industrie des biomédicaments est la production d’anticorps humanisés ou totalement humains.

Les anticorps utilisés à visée thérapeutique peuvent se lier : • aux antigènes présents à la surface d’un agent pathogène, le désignant ainsi comme cible pour le système immunitaire.

• à des protéines situées à la surface des cellules immunitaires (par exemple au cours de pathologies auto-immunes comme la polyarthrite rhumatoïde ou la sclérose en plaques).

Les anticorps humanisés sont conçus pour être principalement humains et d’éviter au maximum les risques de réactions immunoallergiques.

Les anticorps totalement humains proviennent de cellules humaines ou de gènes d’anticorps humains.

Pepticorps Les « pepticorps » sont des protéines de fusion à visée thérapeutique, qui possèdent à la fois des caractéristiques de peptides et d’anticorps mais qui ne sont ni l’un ni l’autre et qui se lient à des cibles humaines.

Diagnostic Outre l’utilisation de protéines recombinantes comme médicaments biologiques, les chercheurs utilisent également la technologie de l’ADN recombinant pour produire un certain nombre de tests diagnostiques, comme ceux de l’hépatite et du SIDA. Certaines protéines antigéniques recombinantes sont utilisées comme réactifs à visée diagnostique pour réaliser des dosages immuno-enzymatiques de type ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay) et permettent la détection d’agents infectieux, par exemple, le virus responsable du Syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS).

Les médicaments issus des biotechnologies

31

Chapitre Neuf :

L’avenir des biotechnologies dans le domaine de la santé

Les biotechnologies devraient continuer à enrichir l’arsenal thérapeutique et permettre de proposer aux patients des traitements innovants, de plus en plus performants. Le développement d’outils diagnostiques et de nouvelles alternatives thérapeutiques devraient aussi bouleverser la prise en charge de certaines maladies qui pourraient bénéficier d’une prévention efficace. Cette révolution des concepts n’en est qu’à ses débuts, de nombreuses pistes sont à l’étude avec l’objectif à long terme, de transformer la vie des patients.

32

L’avenir des biotechnologies dans le domaine de la santé

Médecine personnalisée La médecine personnalisée consiste à proposer à chaque patient, un traitement spécifique, « sur mesure », établi à partir de son profil génétique, afin d’obtenir un résultat optimal.

Actuellement, les indications des différents traitements sont définies en fonction de résultats globaux obtenus dans les essais cliniques sur un grand nombre de patients.

La médecine personnalisée représente un nouveau concept de traitement basé sur un ensemble de caractéristiques obtenues chez un même patient (par exemple, l’âge, le sexe, la taille, le poids, le régime alimentaire, les caractéristiques génétiques et l’environnement).

Les progrès réalisés en génétique commencent à permettre de proposer différents traitements à différents patients, en fonction de leurs génotypes et/ou de leurs profils d’expression génique.

BIO-INFORMATION Les tests de diagnostic moléculaire analysent l’ADN, l’ARN et les protéines.

Ils permettent d’identifi er dans un certain nombre de cas, une pathologie donnée, d’envisager son pronostic à plus ou moins long terme, de prévoir les réponses à un ou plusieurs traitements différents ou encore, en terme de dépistage, de déceler une prédisposition individuelle à une pathologie donnée.

Pharmacogénomique C’est l’un des domaines dans lequel de très nombreux progrès sont réalisés actuellement.

La pharmacogénomique est fondée sur le principe que chaque individu possède un patrimoine génétique ou génome unique.

Un des défis actuels dans ce domaine consiste à déterminer pour un individu donné ou un groupe d’individus réunissant des mêmes caractéristiques génétiques, le traitement optimal (quels traitements ? quelle dose ?).

Les progrès réalisés dans le domaine de la pharmacogénomique et de la médecine personnalisée sont fondés sur la capacité qu’ont les scientifiques à identifier le profil génétique d’un individu et à le comparer avec ceux observés dans la population générale. L’identification du génome humain, des protéines produites et des différents profils, permet de développer des médicaments qui répondent aux besoins spécifiques de chaque patient.

La pharmacogénomique et l’utilisation de stratégies thérapeutiques spécifiques, devraient de plus en plus souvent permettre de mener des essais cliniques au sein de populations mieux ciblées, de réaliser des progrès en matière de dépistage, de proposer des traitements personnalisés « sur mesure » et de progresser dans le domaine de la prévention.

Tests génétiques L’utilisation des biotechnologies a permis, au cours de ces dernières années, des progrès importants, notamment dans le dépistage et le diagnostic des maladies génétiques.

La découverte de polymorphismes mononucléotidiques (single-nucleotide polymorphisms – SNPs), ou variations d’un nucléotide au sein d’une séquence d’ADN, constitue une avancée récente majeure. Les SNPs sont une des variantes génétiques les plus courantes au sein de la population. L’existence de SNPs dans la séquence d’un gène codant pour une protéine donnée, peut modifier la protéine et déterminer un état pathologique ou modifier la prédisposition d’un patient à une maladie.

Ainsi l’identification de SNPs permet un diagnostic plus précis des maladies génétiques et constitue une aide précieuse au choix de la stratégie thérapeutique.

Les tests génétiques permettent d’informer les patients de leur risques de développer certaines maladies et d’identifier les moyens de prévention possibles.

L’avenir des biotechnologies dans le domaine de la santé

33

injectées, les cellules souches migrent vers le BIO-INFORMATION Environ 10 millions de SNP ont été identifiés dans le génome humain.

tissu malade et remplacent les cellules touchées pour inverser les effets de la maladie.

L’espoir donné à ce nouveau type de thérapie

cellulaire

encore

appelée

Thérapie génique

« médecine

La thérapie génique est un domaine émergent de la génétique appliquée, qui utilise les techniques de l’ADN recombinant.

La thérapie génique consiste à introduire des gènes créés ou modifiés selon la technologie de l’ADN recombinant, dans les cellules et les tissus des patients malades.

La thérapie génique est actuellement à l’étude chez l’homme dans un certain nombre de pathologies héréditaires associées à la présence de gènes défectueux, la technique consistant à remplacer ces gènes défectueux par de nouveaux gènes fonctionnels.

Depuis le lancement du premier essai clinique de thérapie génique en 1990, la recherche dans ce domaine est très active avec un nombre d’essais cliniques chez l’homme, qui ne cesse d’augmenter. Encore au stade expérimental, la thérapie génique est proposée à des patients atteints de maladies sévères, potentiellement fatales, après échec des traitements disponibles et/ou pour lesquelles, il n’existe peu ou pas d’alternatives thérapeutiques.

dans le fait que les cellules souches,

régénérative »,

réside

incitées à se différencier en cellules spécifiques, puissent constituer une source renouvelable de cellules et de tissus sains de remplacement, dans un certain nombre de pathologies.

Nanotechnologies Les nanotechnologies reposent sur la manipulation de molécules et de structures à l’échelle nanométrique (un milliardième de mètre) ou à l’échelle de l’atome.

L’application des nanotechnologies en santé humaine, appelée nanomédecine, utilise des organismes vivants et/ou leurs composants, à très petite échelle.

Un exemple d’application de la nanomédecine, est l’utilisation expérimentale de nanobilles pour cibler spécifiquement les cellules cancéreuses et les détruire.

Les nanobilles sont des lentilles métalliques nanoscopiques qui peuvent atteindre spécifiquement un organe ou une tumeur donnée, via la circulation sanguine. En capturant la lumière infrarouge au travers de la peau d’un

Cellules souches Les cellules souches sont des cellules non différenciées (non spécialisées) qui peuvent se multiplier, proliférer à l’infini et se différencier dans des conditions de culture particulières.

Les traitements par cellules souches, encore au stade expérimental, impliquent la mise en culture de cellules souches et leur transformation à l’aide de facteurs de croissance spécifique, en cellules spécialisées. Une fois différenciées, les cellules sont injectées dans l’organisme du malade. Ce concept thérapeutique repose sur l’espoir qu’une fois

34

L’avenir des biotechnologies dans le domaine de la santé

patient cancereux et en la convertissant en chaleur, ces nanobilles du fait de leur action ciblée, détruisent spécifiquement les cellules cancéreuses.

Les nanoparticules appelées buckyballs (ou fullerènes sphériques), sont des molécules composées d’atomes de carbone formant une structure remarquable, permettant de « véhiculer » une substance donnée (molécule, gène...) au sein d’un tissu ou d’une cellule.

• Elles peuvent aussi permettre d’administrer des molécules qui ne sont pas solubles dans l’eau.

• Et, grâce à leur petite taille, ces particules peuvent transporter des concentrations importantes de médicaments (par unité de volume).

Une des applications possible de ce concept de traitement actuellement à l’étude, est la mise au point de nanoparticules visant à désobstruer des artères thrombosées.

Nouveaux systèmes de délivrance de médicaments De nouveaux moyens de délivrance des m é di c a m e n t s a u se in d e l’ o r g a n is m e , constituent une autre voie de recherche très active.

Par exemple, les scientifiques développent des particules microscopiques appelées microsphères, comportant de minuscules pores et adaptées pour le transport et la délivrance de médicaments vers une cible spécifique. Exemple : les microsphères constituées de composés proches des lipides présents dans les membranes cellulaires, administrées par pulvérisation nasale ou intrabuccale.

Des traitements utilisant des microsphères sont d’ores et déjà disponibles pour le cancer du poumon et certaines maladies respiratoires.

Des recherches sont en cours sur l’utilisation de microsphères permettant le transport de médicaments anticancéreux vers les tumeurs et d’anesthésiques pour la prise en charge de la douleur.

L’avenir des biotechnologies dans le domaine de la santé

35

Envisager l’avenir

Les pratiques médicales ont énormément évolué au cours des dernières années grâce aux avancées de la recherche et à l’innovation des biotechnologies. De plus en plus de patients peuvent bénéficier de médicaments innovants développés par des sociétés spécialisées dans le domaine de la santé.

Leur mission est de découvrir, développer et commercialiser de nouvelles molécules destinées à répondre à des besoins non couverts pour des maladies graves.

Dans l’avenir, les avancées majeures actuelles réalisées dans le domaine de la santé résulteront, d’une part, de la mise au point de nouvelles molécules et, d’autre part, de l’utilisation de nouvelles technologies permettant d’optimiser l’efficacité et la tolérance des traitements.

36

L’avenir des biotechnologies dans le domaine de la santé

Glossaire Acide ribonucléique (ARN) : acide nucléique transcrit

Anticorps monoclonal : Anticorps produit par

à partir de l’ADN et ensuite traduit en protéines.

des cellules qui proviennent toutes d’une cellule

Acides aminés : Composants de base des

productrice d’un seul type d’anticorps. Une fois qu’une

protéines. La séquence des acides aminés détermine

cellule capable de produire un anticorps possédant

les caractéristiques de la molécule protéique.

les propriétés thérapeutiques souhaitées est sélecAcide

tionnée, des techniques de laboratoire sont utilisées

nucléique qui contient l’information génétique servant

pour cloner (faire un grand nombre de copies) cette

au développement et au fonctionnement de tous les

cellule. Les cellules ainsi obtenues étant identiques

organismes.

et produites par clonage d’une cellule donnée en

ADN ligase : Enzyme qui relie les extrémités de

un grand nombre d’exemplaires, elles sont dites

deux segments d’ADN simple brin. Au contraire, des

monoclonales

enzymes de restriction qui clivent l’ADN.

produire en continu des molécules d’anticorps iden-

ADN

ADN

(acide

désoxyribonucléique)

polymérase

:

Enzyme

qui

:

ajoute

des

nucléotides complémentaires à un ADN simple brin

et

peuvent

être

utilisées

pour

tiques possédant les mêmes propriétés thérapeutiques.

Anticorps : protéine produite par les cellules

humain.

immunitaires ADN recombinant : Forme d’ADN qui n’existe pas à l’état naturel et qui est créé artificiellement en combinant différentes séquences d’ADN.

en

réponse

à

une

stimulation

antigénique. L’anticorps neutralise l’antigène en se liant à celui-ci.

Antigène : Toute substance, presque toujours une

Agent pathogène : Agent responsable d’une maladie, par exemple, une bactérie ou un virus.

protéine, qui en temps normal n’est pas présente dans l’organisme et qui, lorsqu’elle y est introduite,

Angiogenèse : Processus par lequel l’organisme

déclenche une réponse immunitaire spécifique et une

forme

vaisseaux

réaction inflammatoire.

bénéfique

Apoptose : Processus de mort cellulaire génétique-

dans certains situations (par exemple, stimuler le

ment programmée qui fait intervenir une cascade

développement de nouveaux vaisseaux sanguins

d’événements biochimiques aboutissant à la mort

pour pallier l’obstruction des artères) et délétère

de la cellule. L’apoptose est un domaine majeur de la

dans d’autres (processus tumoraux par exemple).

recherche contre le cancer.

L’angiogenèse est l’un des principaux axes de recher-

ARN de transfert : ARN assurant le transport des

che sur le cancer.

acides aminés au cours du processus de synthèse

Anticorps humanisés : Anticorps monoclonaux

des protéines.

qui ont été synthétisés en utilisant la technologie de

ARN messager (ARNm) : Séquence polynu-

l’ADN recombinant afin d’éviter le problème clinique

cléotidique produite à partir d’un brin d’ADN et

posé par une réponse immunitaire aux substances

transportée vers les ribosomes pour synthétiser une

étrangères. Les anticorps humanisés sont produits

protéine spécifique.

en fusionnant l’ADN qui code pour le fragment de

Aseptique : Se dit d’un produit (ou d’une technique)

liaison d’un anticorps monoclonal de souris avec un

destiné à empêcher l’introduction de microbes dans

ADN codant pour un anticorps humain. Des cultures

l’organisme.

cellulaires sont utilisées pour exprimer cet ADN

Banque de cellules : Unité de stockage et de

recombinant et produire ces anticorps partiellement

conservation (congélation) de lignées cellulaires en

murins et majoritairement humains.

vue d’une utilisation ultérieure éventuelle. Les banques

et

sanguins.

développe

de

L’angiogenèse

nouveaux peut

être

Glossaire

37

38

de cellules comprennent les banques de cellules

Canaux ioniques : Protéines qui de par leur

primaires (master cell banks – MCB) et les banques

structure, permettent le passage d’ions (potassium,

de cellules de travail (working cell banks – WCB). Les

sodium) à travers les membranes plasmiques. Les

MCB contiennent des souches de cellules primaires

canaux ioniques sont impliqués dans un large éventail

qui sont conservées en stock et ne sont pas utilisées

de processus biologiques et ils constituent une cible

pour la production. Les WCB, sont constituées de

de choix pour la recherche de nouveaux médica-

cellules utilisées pour la production pharmaceutique ;

ments.

elles sont cultivées à partir des cellules conservées

Cellules d’ovaire de hamster chinois (cellules

dans une MCB afin que leur stabilité et leur uniformité

CHO) : Lignée cellulaire introduite pour la première

soient bien caractérisées.

fois dans les années 1960 et souvent utilisée dans la

Barrière hémato-encéphalique : Ensemble des

recherche biomédicale. Les cellules CHO sont utili-

structures qui constitue une barrière physiologique

sées dans les études de génétique, de toxicologie, de

et qui isolent le système nerveux central du reste de

nutrition et d’expression génique – en particulier pour

l’organisme. La perméabilité de la barrière hémato-

l’expression de protéines recombinantes. Les cellules

encéphalique varie au cours du temps et au cours de

CHO sont les cellules hôtes de mammifère les plus

certains contextes (par exemple, pathologies inflam-

couramment utilisées pour la production industrielle

matoires).

de protéines thérapeutiques.

Biocapteur : Dispositif associant un composant

Cellules non sécrétrices (NS0) : Cellules de

biologique et un détecteur physico-chimique pour

myélome de souris souvent utilisées pour produire

détecter un agent pathogène.

des anticorps recombinants.

Bioinformatique : Application de l’informatique au

Cellules souches : Cellules humaines indifférenciées

domaine de la biologie moléculaire. La bioinforma-

ayant la capacité de se multiplier et de se différencier

tique inclut la mise en place et l’implémentation de

en cellules spécialisées.

bases de données, d’algorithmes, de techniques in-

Chimie combinatoire : Technique scientifique

formatiques et statistiques et de théories.

qui permet de créer un grand nombre de nouvelles

Biomarqueur : Paramètre qui mesuré objec-

molécules, qui peuvent être ensuite compilées dans

tivement, est un bon indicateur d’un processus

une chimiothèque et étudiées pour évaluer leur effet

biologique normal, d’un processus pathologique

thérapeutique.

ou de la réponse pharmacologique à un traitement

Chimiothèque (ou pharmacothèque) : Ensemble

donné. L’identification et le dosage des biomarqueurs

de produits chimiques qui sont stockés et peuvent

seront de plus en plus déterminants dans la prise en

être utilisés pour le criblage à haut débit en vue d’un

charge des maladies. Les biomarqueurs sont aussi

développement pharmacologique. Plus la chimio-

utilisés aux stades précliniques de développement et

thèque est grande, plus élevées sont les chances de

permettent de déterminer si un médicament est ef-

trouver une « touche » (candidat médicament potentiel)

ficace chez des modèles animaux et à quelles doses.

lors du criblage à haut débit.

Biotechnologie : Technologie fondée sur la biologie,

Chromatographie : Procédé permettant de séparer

en particulier lorsqu’elle est utilisée en agriculture, en

les molécules au sein d’un mélange complexe.

science des aliments ou en médecine. La Convention

Chromatographie sur colonne : Type de chro-

des Nations Unies sur la diversité biologique définit

matographie utilisant une colonne pour contenir et

la biotechnologie comme « toute application tech-

séparer un mélange. C’est une méthode couramment

nologique qui utilise des systèmes biologiques, des

utilisée pour la purification des protéines.

organismes vivants, ou des dérivés de ceux-ci, pour

Chromosome : Brin d’ADN présent à l’intérieur d’une

fabriquer ou modifier des produits ou des procédés à

cellule et qui contient les gènes. Les chromosomes

usage spécifique ».

ont une taille suffisante pour être vus au microscope.

Glossaire

Chez les êtres humains, toutes les cellules à

Demande de licence de produit biologique (BLA) :

l’exception des cellules germinales, contiennent gé-

Dossier déposé auprès de la FDA en vue d’obtenir

néralement 46 chromosomes : 22 paires d’autosomes

l’autorisation de mise sur le marché d’un nouveau

et une paire de chromosomes sexuels (une paire de

médicament biologique aux États-Unis. Le dossier

chromosomes X chez la femme, ou un chromosome

contient une description des essais réalisés et de

X et un chromosome Y chez l’homme). Dans chaque

leurs résultats, de la formulation, de la posologie, de

paire l’un des chromosomes, est hérité du père et

la durée de conservation du médicament, des proto-

l’autre de la mère.

coles de fabrication, des informations sur le condi-

Clarification : étape de la phase aval de production

tionnement, etc.

d’un biomédicament. Une fois la protéine produite, les

Demi-vie : Mesure du temps mis par un médicament

étapes de clarification séparent la protéine des débris

pour perdre la moitié de son activité pharmacologique

cellulaires. Les protéines individuelles sont ensuite

ou temps nécessaire pour que la quantité administrée

séparées par des techniques chromatographiques.

Clonage : Réplication d’une séquence d’ADN d’un organisme pour créer une copie génétique exacte ; procédés utilisés pour créer des copies de fragments d’ADN (clonage moléculaire), de cellules (clonage cellulaire) ou d’organismes.

Codon : Enchaînement de trois bases d’ARNm codant pour un acide aminé spécifique lors de la traduction de l’ARNm en protéine.

Criblage à haut débit : Opération robotisée capable d’accélérer et d’automatiser des étapes de mise en contact de molécules potentiellement actives en pharmacologie (candidats médicaments) avec un système biologique qui reproduit certains aspects de la vie d’un organisme vivant ou de son dérèglement (maladie). Ce criblage est dit à haut débit car le processus est très rapide. Il permet de tester des dizaines voire des centaines de

dans la circulation sanguine ou les tissus cibles, soit diminuée de moitié.

DNase (désoxyribonucléase) : Toute enzyme qui catalyse le clivage de liaisons au sein du squelette de la molécule d’ADN. Dosage immunoenzymatique de type ELISA : Technique biochimique permettant de détecter la présence d’un anticorps ou d’un antigène dans un échantillon. Cette méthode est couramment utilisée pour détecter des agents infectieux.

Dosage : Test mesurant une propriété ou la concentration d’une substance. Électrophorèse

sur

gel

:

Technique

utilisée

pour séparer des molécules d’ADN, d’ARN ou des protéines au moyen d’un courant électrique appliqué à un gel servant de matrice. Le gel est le milieu utilisé pour contenir puis séparer les molécules d’intérêt.

milliers de molécules (en provenance de la nature ou

Le terme électrophorèse fait référence à l’utilisation

de la synthèse chimique) avec des cibles pharma-

de l’électricité pour déplacer les molécules (en

cologiques en très peu de temps (quelques semaines

fonction de leur charge) à travers la matrice du gel.

voire quelques jours).

Les molécules sont introduites dans le gel et

Cristallographie aux rayons X : Technique qui peut

l’application d’un courant électrique entraîne leur

indiquer les positions tridimensionnelles précises de

migration à travers la matrice avec des vitesses qui

la plupart des atomes qui constituent une molécule

varient en fonction de leur taille, de leur charge et/ou

protéiques et ainsi déterminer la structure de la

de leur forme.

substance analysée.

Empreinte génétique : Technique utilisée pour

Cryoconservation : Procédé par lequel des cellules

différencier des individus de la même espèce à partir

ou des tissus entiers sont conservés en étant con-

de simples échantillons de leur ADN.

gelés à des températures très inférieures à zéro. À

Enzymes : Protéines produites en grand nombre

ces basses températures, toute activité biologique, y

par les organismes et impliquées dans des réactions

compris les réactions biochimiques qui entraîneraient

chimiques ; les enzymes sont les médiateurs du

la mort cellulaire, est efficacement bloquée.

métabolisme cellulaire.

Glossaire

39

40

Enzymes de restriction : Enzymes possédant la

qu’une substance est considérée sans danger par

capacité de cliver un segment d’ADN à un endroit

des experts dans les conditions d’utilisation prévues.

donné. Les chercheurs utilisent ces enzymes pour

Par exemple, les lignées cellulaires CHO et NS0

isoler certains types d’ADN et les introduire dans de

ont le statut GRAS pour la production de protéines

nouveaux milieux. Dans la technologie de recombinai-

thérapeutiques.

son de l’ADN, l’ADN ligase joue le rôle de “la colle” et

Hormones : Substances produites par un tissu et

les enzymes de restriction, celui “des ciseaux”.

transportées dans la circulation sanguine vers un

Essai clinique : étude visant à évaluer la sécurité

autre tissu. Les hormones ont généralement une

d’emploi et l’efficacité de nouveaux médicaments, de

incidence sur la croissance ou le métabolisme.

dispositifs médicaux et de médicaments biologiques

Hybridation sur colonie : Criblage d’une banque

chez des sujets humains. Ces essais sont exigés

au moyen d’une sonde marquée (radioactive,

par les agences de réglementation comme condition

bioluminescente, etc.) pour identifier une séquence

préalable à la délivrance de l’autorisation de mise sur

spécifique d’ADN, d’ARN, d’enzyme, de protéine ou

le marché.

d’anticorps.

Études précliniques : Tests menés dans un con-

Hybridation : Procédé consistant à joindre deux brins

texte scientifiquement contrôlé et utilisant des cul-

d’ADN complémentaires ou un brin d’ADN et un brin

tures cellulaires et/ou des animaux comme modèles

d’ARN pour former une molécule double brin.

de maladies.

Hybridome : Cellule ayant été modifiée pour

Facteurs de croissance hématopoïétiques :

produire un anticorps donné en grandes quantités.

Hormones protéiques synthétisées par l’organisme

Les hybridomes sont créés en fusionnant des cellules

pour réguler la présence des cellules sanguines dans

tumorales immortelles avec des lymphocytes B pro-

le sang, en agissant sur la production et la matura-

ducteurs d’anticorps qui synthétisent continuellement

tion des cellules hématopoïétiques contenues dans la

des anticorps identiques (« monoclonaux »).

moelle osseuse.

Immunothérapie : traitement modulant l’activité du

Fermentation : Procédé consistant à cultiver des

système immunitaire. Les anticorps monoclonaux

cellules en utilisant des enzymes pour opérer des

sont une forme d’immunothérapie.

modifications chimiques.

In vitro : Se dit d’une technique consistant à réaliser

Fermenteur (ou bioréacteur) : Instrument ou

une expérience en dehors d’un organisme vivant,

système permettant de cultiver des cellules ou des

dans un environnement contrôlé tel qu’une culture

tissus. Le processus de fermentation est réalisé dans

cellulaire en suspension ou dans une boîte de Petri.

un fermenteur pour cultiver de grands volumes de

IND - Investigational New Drug (Nouveau médi-

cellules et produire des protéines spécifiques.

cament expérimental) : Médicament autorisé par la

Gène : Segment d’ADN qui code pour une protéine

FDA pour être utilisé dans le cadre d’essais cliniques

particulière ou, dans certains cas, pour une molécule

chez l’homme.

d’ARN fonctionnelle ou structurale.

Ingénierie des protéines : Procédé permettant

Génie génétique : Modification du matériel géné-

d’isoler et d’étudier les protéines et de produire de

tique de cellules ou d’organismes dans le but, par

nouvelles protéines avec des structures modifiées (en

exemple, de les rendre capables de synthétiser de

modifiant les gènes qui déterminent leur composition).

nouvelles substances ou d’accomplir de nouvelles

Interférence ARN : Mécanisme inhibant l’expression

fonctions.

génique au stade de la traduction (voir traduction) ou

Glycosylation : Processus par lequel des unités

en empêchant la transcription (voir transcription) de

d’oligosaccharides sont ajoutées aux protéines.

gènes spécifiques. Cette méthode, appelée inacti-

GRAS (“Generally Regarded As Safe” - générale-

vation génique post-transcriptionnelle, est un outil

ment reconnu inoffensif) : Désignation indiquant

important de la recherche sur l’expression génique.

Glossaire

Interféron : Protéine de signalisation cellulaire

Nanotechnologie : Étude et création de systèmes et

présente naturellement dans l’organisme, produite par

dispositifs au niveau moléculaire et atomique.

le système immunitaire en réponse à des infections

Neurotransmetteurs : Agents chimiques utilisés

virales ou parasitaires par exemple.

pour relayer, amplifier et moduler les signaux entre un

Liaison peptidique : Liaison reliant deux ou plusieurs

neurone et une autre cellule.

acides aminés entre eux. Une protéine est une longue

Noyau : Organite d’une cellule vivante qui contient

chaîne d’acides aminés liés entre eux par des liaisons

le matériel génétique et contrôle les fonctions vitales.

peptidiques, c’est pourquoi elle est parfois désignée

Nucléotide : Nom donné à une unité individuelle de

par le terme de polypeptide.

la double hélice d’ADN ou de l’ARN. Un nucléotide est

Lignée cellulaire immortelle : Lignée cellulaire qui

composé d’un sucre, d’un phosphate et d’une base.

a acquis la capacité de proliférer indéfiniment, soit par

Paire de bases : Deux nucléotides situés sur des

une mutation aléatoire, soit par modification délibérée.

brins d’ADN ou d’ARN opposés complémentaires qui

Lignées cellulaires : Générations de cellules cultivées

sont reliés entre eux par des liaisons hydrogène. Dans

à partir de cellules primaires originales. Les cellules

l’ADN, l’adénine (A) forme une paire de bases avec la

primaires sont cultivées directement à partir d’un

thymine (T) et la guanine (G) avec la cytosine (C). Dans

organisme

l’ARN, la thymine est remplacée par l’uracile (U).

vivant.

À

l’exception

de

certaines

provenant de tumeurs, la plupart des cultures de

Pégylation : Ajout de polyéthylène glycol à une pro-

cellules primaires ont des durées de vie limitées. Après

téine thérapeutique, qui lui permet de rester plus long-

un certain nombre de divisions, les cellules restent vivantes mais ne se divisent plus. Au contraire d’une lignée cellulaire établie ou immortalisée, qui a acquis la capacité de proliférer indéfiniment, soit par une mutation aléatoire, soit par une modification délibérée.

Maladies auto-immunes : Maladies dans lesquelles le système immunitaire d’un individu s’attaque à un de ses propres tissus, et entraine éventuellement sa destruction.

Médecine personnalisée : Utilisation de l’information

temps dans l’organisme.

Pepticorps : Protéines de fusion recombinantes thérapeutiques qui possèdent à la fois des caractéristiques de peptides et d’anticorps mais qui ne sont ni l’un ni l’autre et qui peuvent se lier à des cibles thérapeutiques humaines.

Peptides : Courtes chaînes d’acides aminés. Les polypeptides (constitués de plusieurs peptides liés entre eux par des liaisons peptidiques) sont de longues chaînes d’acides aminés.

contenue dans le génome, le génotype ou la signature génomique d’un patient, pour choisir et concevoir un traitement adapté et spécifique.

Médecine régénérative : Recherche de traitements qui remplacent les cellules endommagées par des cellules saines.

Pharmacocinétique

:

Études

réalisées

pour

déterminer l’évolution d’un médicament au sein de l’organisme.

Pharmacodynamique : Études réalisées pour déterminer l’effet d’un médicament sur l’organisme.

Médicament biologique (ou biomédicament) :

Pharmacogénomique : Science visant à compren-

Produit fabriqué à partir d’un organisme vivant (produits

dre la corrélation entre la constitution génétique (le

animaux ou autres sources biologiques), utilisé pour

génotype) des patients et leurs réponses à un médi-

le diagnostic, la prévention ou le traitement d’une

cament.

maladie. Exemples de biomédicaments : les protéines

Phase amont : Fait référence à la production de

recombinantes, les antiallergiques injectables, les vac-

la protéine, le plus souvent au moyen de cellules

cins et les facteurs de croissance hématopoïétiques.

(microbiennes, d’insectes ou de mammifères) se

Milieu : Substance riche en nutriments permettant la

développant en culture.

culture de cellules.

Phase aval : Ensemble d’étapes de fabrication com-

Nanomédecine : Application médicale de la nano-

prenant la récupération, la purification, la formulation

technologie.

et le conditionnement de la protéine.

Glossaire

41

42

Phosphorylation : Ajout d’un groupe phosphate

de chacune d’elles et étudier les interactions entre

(PO4) à une protéine ou à une autre molécule

protéines qui permettent de contrôler les processus

organique. La phosphorylation des protéines joue un

cellulaires.

rôle important dans un large éventail de processus

Puce à ADN : Outil permettant d’analyser les niveaux

cellulaires.

d’expression des gènes dans un organisme ou de

Pipeline de produits : Dans l’industrie biomédicale,

comparer des niveaux d’expression génique.

le terme pipeline désigne les produits en cours de

Réaction par polymérase en chaîne (PCR) :

développement. Les médicaments entrés en phases

Technique permettant de créer des millions de copies

d’essais cliniques sont dits « dans le pipeline ».

d’un segment d’ADN donné. Si un chercheur a besoin

Polymorphisme mononucléotidique (SNP) : Varia-

de détecter une séquence d’ADN donnée présente en

tion d’une séquence d’ADN qui se produit lorsqu’un

très petite quantité, la PCR peut être utilisée pour am-

seul nucléotide (A, T, G ou C) dans le génome

plifier cette séquence jusqu’à l’obtention d’un nombre

diffère entre les membres d’une même espèce. Les

suffisant de copies pour permettre la détection.

variations au niveau des séquences ADN humaines

Récepteur (cellulaire) : Molécule protéique présente

peuvent influer sur la façon dont les humains dévelop-

dans la membrane plasmique ou dans le cytoplasme

pent des maladies et réagissent aux pathogènes, aux

d’une cellule, à laquelle une molécule de signalisation

produits chimiques, aux médicaments, aux vaccins et

(ou molécule signal) peut se lier. Une molécule qui se

à d’autres agents.

lie à un récepteur est appelée ligand. Ce peut être un

Produit biopharmaceutique : Médicament de

peptide (par exemple un neurotransmetteur), une hor-

synthèse produit en utilisant certains procédés

mone, un médicament ou une toxine. Lorsque cette

biotechnologiques.

liaison se produit, le récepteur subit un changement

Protéines de fusion (ou protéines chimériques) :

de conformation, qui déclenche généralement une

Protéines créées en associant deux ou plusieurs

réponse cellulaire.

gènes qui codaient à l’origine des protéines distinctes.

Récepteur du facteur de croissance épidermique

La traduction du gène de fusion qui en résulte produit

(EGFR) : Récepteur de surface cellulaire activé après

une nouvelle protéine, possédant des propriétés

fixation d’un de ses ligands, le facteur de croissance

fonctionnelles dérivées de chacune des protéines

épidermique. Des mutations génétiques conduisant à

d’origine.

une surexpression ou à une suractivité d’EGFR sont

Protéines extracellulaires : Protéines présentes à

observées au cours de différents cancers.

l’extérieur d’une cellule.

Ribosomes : Structures cellulaires qui sont le siège

Protéines intracellulaires : Protéines présentes à

de la synthèse des protéines.

l’intérieur d’une cellule.

Spectrométrie de masse (SM) : Technique ana-

Protéines recombinantes : Protéines créées par la

lytique permettant de déterminer la composition

technologie de l’ADN recombinant.

élémentaire d’un échantillon ou d’une molécule.

Protéines : Composés (chaînes d’acides aminés)

La SM est également utilisée pour déterminer les

constituant l’ultime produit d’expression d’un gène.

structures chimiques de molécules telles que des

Synthétisées par les ribosomes, les protéines sont

peptides ou des protéines. Elle consiste à ioniser des

le moteur des systèmes vivants. Elles activent les

composés chimiques pour générer des molécules ou

processus

des fragments de molécules chargé(e)s et à mesurer

chimiques

et

s’adaptent

à

leur

environnement en cas de changements.

ensuite leurs rapports masse/charge.

Protéomique : Étude des protéines. La protéomique

Technologie de culture cellulaire : Culture de

poursuit trois objectifs principaux : identifier et

cellules à l’extérieur d’un organisme vivant. Les

quantifier toutes les protéines exprimées dans un

cultures de cellules de mammifères permettent

organisme, déterminer la structure et la fonction

parfois de remplacer les tests chez l’animal par des

Glossaire

tests effectués sur des cellules, lors de l’évaluation de

qui contient du matériel génétique provenant d’une

la sécurité d’emploi et de l’efficacité des médicaments.

source autre que ses parents.

laboratoire

Vaccin : Agent portant des antigènes à sa surface qui

utilisé pour amplifier des segments d’ADN par

déclenchent l’activation du système immunitaire sans

réaction en chaîne par polymérase (PCR). L’instrument

provoquer la maladie.

contient un bloc thermique comportant des trous

Vecteur : (1) Organisme utilisé pour transférer un

dans lesquels des tubes contenant les mélanges

microorganisme

PCR peuvent être insérés. Le thermocycleur aug-

maladie) d’un organisme à un autre. (2) Vectorisation :

mente et abaisse ensuite rapidement la température

mécanisme au cours duquel des gènes étrangers

du bloc selon une séquence d’étapes discontinues et

sont introduits dans un organisme et s’intègrent dans

programmées à l’avance.

le génome de cet organisme.

Traduction : Processus qui convertit une séquence

Viabilité cellulaire : Détermine si une population

d’ARNm en une chaine d’acides aminés formant

cellulaire est vivante ou non. En général, la viabilité

une protéine. La traduction suit la transcription (voir

cellulaire est déterminée en observant un échantillon

transcription).

d’une population cellulaire et en colorant les cellules

Transcriptase inverse : Enzyme utilisée par les

ou en appliquant des produits chimiques.

Thermocycleur

:

Instrument

de

pathogène

(responsable

d’une

rétrovirus pour produire une séquence d’ADN complémentaire (ADNc) à partir d’une matrice d’ARN – généralement le génome du rétrovirus. L’enzyme synthétise ensuite un brin complémentaire au brin d’ADNc pour former une molécule d’ADN double brin. Cette molécule est ensuite insérée dans le chromosome de la cellule hôte qui a été infectée par le rétrovirus.

Transcription : Processus au cours duquel des enzymes utilisent l’information génétique portée par un brin d’ADN pour créer un brin complémentaire d’ARN messager.

Transduction du signal : Transmission de signaux de l’extérieur vers l’intérieur de la cellule. Les scientifiques cherchent à en savoir plus sur le déroulement de ce processus dans les cellules cancéreuses afin de combattre le cancer.

Transfert de type Southern : Transfert par absorption de segments d’ADN séparés dans des gels d’électrophorèse sur des membranes filtrantes pour détecter des séquences de bases spécifiques à l’aide de sondes complémentaires radiomarquées.

Transformation : Transfert d’ADN d’une cellule donneuse à une cellule receveuse. Les chercheurs ont recours à cette technique pour introduire de l’ADN recombinant dans des bactéries, des levures et des lignées cellulaires de mammifères.

Transgénique : Terme désignant un organisme

Glossaire

43

Grandes dates de la biotechnologie médicale 1913

- Le terme “biotechnologie” est imaginé par un ingénieur agricole hongrois, Karl Ereky, qui veut transformer son pays natal, la Hongrie, en une riche contrée exportatrice de produits agricoles. Pour ce faire, il envisage un nouveau mode de production basé sur la biochimie et la transformation de matières premières.

Années 1950 1952

- Le Dr George Gey établit une lignée cellulaire continue à partir d’un carcinome du col de l’utérus humain isolé chez Henrietta Lacks, décédée des suites d’un cancer en 1951.

Cette lignée cellulaire, constituée de cellules HeLa, est couramment utilisée dans la recherche médicale 1953

- Le Dr James Watson et le Dr Francis Crick dévoilent la structure tridimensionnelle de l’ADN. 1955

- Une enzyme, l’ADN polymérase, impliquée dans la synthèse d’un acide nucléique, est isolée pour la première fois.

- Le Dr Jonas Salk met au point le premier vaccin antipoliomyélitique. Cela marque la première utilisation de cellules de mammifères (cellules de rein de singe) et la première application de la technologie de culture cellulaire pour générer un produit commercial.

- Le général de Gaulle comprend vite le rôle et l’importance de la recherche, crée le comité des sages puis la DGRST (Délégation générale à la recherche scientifique et technique) et lance un programme ambitieux en biologie moléculaire.

Années 1960 1960

- F. Jacob, J. Monod et A. Lwoff qui travaillent tous les trois à l’Institut Pasteur, mettent en évidence un ARN jusque-là non décrit qu’ils baptisent “ARN messager”.

1961

- Des chercheurs déchiffrent le code génétique pour la première fois.

1962

- J.D. Watson et F. Crick proposent un modèle de structure de la molécule d’ADN en double hélice et reçoivent avec M. Wilkins, le prix Nobel de médecine.

1963

- Des groupes indépendants synthétisent l’insuline (une hormone pancréatique) aux États-Unis, en Allemagne et en Chine.

1964

- Le Dr Samuel Katz et le Dr John F. Enders mettent au point le premier vaccin contre la rougeole.

1967

- Le Dr Maurice Hilleman développe le premier vaccin américain contre les oreillons.

1957

1969

- Des chercheurs démontrent que la drépanocytose est due à la modification d’un seul acide aminé.

- Développement du premier vaccin contre la rubéole. En 1972, il est combiné avec les vaccins contre la rougeole et les oreillons pour former le vaccin rougeole-oreillons-rubéole.

1958

- Le Dr Arthur Kornberg de l’Université de Washington à St Louis synthétise pour la première fois de l’ADN dans un tube à essais.

- Mise au point du premier séquenceur automatique de protéines (l’analyseur d’acides aminés Moore-Stein).

44

Grandes dates de la biotechnologie médicale

Années 1970 1970

- Découverte des enzymes de restriction. Ces enzymes clivent l’ADN en fragments et sont utilisées pour différentes études et applica-

tions. La technique des enzymes de restriction devient un outil fondamental de la recherche génétique moderne et ouvre la voie au clonage de gènes.

- Le Dr Har Gobind Khorana synthétise le premier gène complet à l’Université du WisconsinMadison.

1972

- L’ADN ligase, qui lie des segments d’ADN entre eux, est utilisée pour la première fois.

- On découvre que les séquences d’ADN des êtres humains sont identiques à 99 % à celles des chimpanzés et des gorilles.

- L’enzyme transcriptase inverse purifiée est utilisée pour la première fois pour synthétiser de l’ADN complémentaire à partir d’un ARN messager purifié dans un tube à essai.

1973

- Le Dr Stanley Cohen et le Dr Herbert Boyer utilisent des gènes bactériens pour réaliser la première expérience d’ADN recombinant réussie, consistant à introduire une molécule d’ADN recombinant dans une cellule pour qu’elle y soit répliquée.

- Le Dr Edwin Southern met au point une technique de transfert d’ADN appelée « transfert de type Southern » (Southern blot), qui devient une technologie phare pour l’étude de la structure de l’ADN. 1974

- Les Instituts nationaux de la santé américains (National Institutes of Health - NIH) mettent en place un Comité consultatif sur l’ADN recombinant (Recombinant DNA Advisory Committee) pour superviser les recherches sur la recombinaison génétique.

- Le premier vaccin contre la varicelle est développé au Japon.

1975

- Les techniques d’hybridation sur colonie et de Southern blot sont mises au point pour détecter des séquences d’ADN spécifiques.

- Les premiers anticorps monoclonaux sont produits. Les docteurs César Milstein, Georges Kohler et Niels Jeme mettent au point la technologie des anticorps monoclonaux en fusionnant des cellules tumorales immortelles avec des lymphocytes B producteurs d’anticorps pour produire des hybridomes qui synthétisent continuellement des anticorps identiques (ou monoclonaux).

1976

- Le NIH publie les premières recommandations pour la recherche sur l’ADN recombinant.

1977

- Des protocoles sont développés pour séquencer rapidement de longs segments d’ADN. - Des bactéries génétiquement modifiées sont utilisées pour synthétiser la protéine de croissance humaine somatostatine ; c’est la première fois qu’un gène recombinant de synthèse est utilisé pour cloner une protéine.

Beaucoup considèrent que cette étape marque le début de l’ère de la biotechnologie.

- Le Dr Robert Austrian de l’Université de Pennsylvanie met au point le premier vaccin contre la pneumonie.

1978

- Le Dr Herbert Boyer de l’Université de Californie à San Francisco crée une version synthétique du gène de l’insuline humaine et l’introduit dans la bactérie E. coli, permettant ainsi à la bactérie de produire de l’insuline humaine.

- Naissance du premier bébé éprouvette, Louise Brown, au Royaume-Uni. - Développement du premier vaccin contre la méningite à méningocoque.

Années 1980 1980

- La Cour suprême des États-Unis statue que les formes de vie génétiquement modifiées peuvent être brevetées, ouvrant ainsi des possibilités considérables en matière d’exploitation commerciale du génie génétique. Le premier brevet de ce type a été accordé à la compagnie pétrolière Exxon pour un microorganisme se nourrissant de pétrole. Ce microorganisme sera par la suite utilisé en 1989 pour nettoyer les hydrocarbures d’Exxon déversés dans la Baie du Prince William en Alaska.

- Le Dr Stanley Cohen et le Dr Herbert Boyer reçoivent un brevet américain pour le clonage de gènes.

- La première machine à gènes (ou synthétiseur de gènes) automatique est mise au point en Californie.

- Fondation d’Amgen, devenue depuis une entreprise leader dans la production de médicaments issus des biotechnologies.

Grandes dates de la biotechnologie médicale

45

1981

- Le Dr Baruch Blumberg et le Dr Irving Millman mettent au point le premier vaccin contre l’hépatite B (non recombinant) quatre ans après la découverte du virus.

- Des chercheurs suisses clonent des souris.

- Les premiers animaux transgéniques sont produits par transfert de gènes d’autres animaux chez des souris.

1983

- Le Dr Luc Montagnier de l’Institut Pasteur à Paris isole le virus du SIDA. - Le Dr Kary Banks Mullis invente la réaction en chaîne par polymérase (PCR), une méthode permettant de multiplier des séquences d’ADN. La PCR est reconnue comme la technique de biologie moléculaire la plus innovante des années 1980.

- La FDA autorise un test diagnostique basé sur un anticorps monoclonal pour la détection de Chlamydia trachomatis.

- Synthèse du premier chromosome artificiel.

- Les premiers marqueurs génétiques spécifiques de certaines maladies héréditaires sont découverts.

- Prise de conscience en France de l’intérêt des biotechnologies : l’INSERM entre dans le capital de quelques sociétés anonymes, l’Institut Pasteur crée la société biopharmaceutique Transgène et la direction générale du CNRS commence à prendre en compte l’importance des biotechnologies.

1984

- La technique de l’empreinte génétique est mise au point. Lorsque l’ADN de différents individus est soumis à l’action d’une enzyme de restriction, les ensembles de segments qui en résultent diffèrent parfois nettement d’une personne à l’autre. Ces variations de l’ADN sont appelées polymorphismes de longueur des fragments de restriction et elles sont extrêmement utiles pour les études génétiques.

- Développement du premier vaccin recombinant contre l’hépatite B. - Le génome complet du virus de l’immunodéficience humaine (VIH) est cloné et séquencé.

1985

- La justice se penche sur la question de l’empreinte génétique.

46

Grandes dates de la biotechnologie médicale

- Genentech devient la première société de biotechnologie à commercialiser son propre produit biopharmaceutique.

- Des plantes génétiquement modifiées résistantes aux insectes, aux virus et aux bactéries sont testées sur le terrain pour la première fois.

- Le clonage du gène codant pour une protéine du surfactant pulmonaire humain est réalisé, progrès majeur pour réduire les complications liées aux naissances prématurées.

- Le NIH approuve les recommandations pour la conduite d’essais de thérapie génique chez l’homme.

1986

- À l’Université de Californie-Berkeley, le chimiste Peter Schultz décrit comment combiner des anticorps et des enzymes (abzymes) pour créer des molécules thérapeutiques.

- Invention du séquenceur automatique d’ADN en Californie.

- La FDA autorise le premier traitement par anticorps monoclonal pour prévenir le rejet des greffons rénaux.

- La FDA autorise les premiers médicaments à base d’interféron issus de la biotechnologie dans le traitement du cancer. En 1988, ces médicaments sont utilisés pour traiter le sarcome de Kaposi, une complication du SIDA. - La FDA autorise le premier vaccin humain recombinant contre l’hépatite B. 1987

- La FDA autorise un activateur tissulaire du plasminogène recombinant dans le traitement des crises cardiaques.

- Le Dr Maynard Olson et ses collaborateurs de l’Université de Washington inventent les chromosomes de levure artificiels, qui servent de vecteurs d’expression pour de grosses protéines.

- La transcription inverse et la réaction en chaîne par polymérase sont combinées pour amplifier des séquences d’ARN messager.

- La technologie des biopuces, consistant à disposer un ensemble d’ADN différents sur une matrice pour déterminer des profils d’expression, est décrite pour la première fois.

Les ADN déposés sur les puces sont utilisés pour identifier les gènes dont l’expression est modulée par l’interféron.

- La FDA autorise un test diagnostique pour le cancer de l’ovaire, fondé sur la recherche d’un marqueur tumoral dans le sérum.

1988

- Le Congrès américain finance le Projet Génome Humain, un programme considérable visant à cartographier et à séquencer le code génétique humain ainsi que les génomes d’autres espèces.

- Le premier accord de concession réciproque de licences portant sur des produits issus des biotechnologies entre deux sociétés détenant chacune un brevet est signé et devient le modèle de base.

1989

- La FDA autorise le premier médicament humain d’origine biologique issu de la recherche Amgen.

- Des bactéries se nourrissant de pétrole sont utilisées pour nettoyer le déversement d’hydrocarbures de l’Exxon Valdez.

- Un gène responsable de la mucoviscidose est découvert.

Années 1990 1990

- Le Projet Génome Humain, programme international visant à cartographier tous les gènes du corps humain, est lancé. Coût estimé : 13 milliards de dollars.

- La FDA autorise le premier test de dépistage de l’hépatite C, très utile pour s’assurer de la pureté des produits des banques de sang.

- La FDA autorise une forme de la protéine interféron gamma obtenue par génie biologique pour le traitement de la granulomatose chronique.

- La FDA autorise une enzyme modifiée dans le traitement enzymatique substitutif des déficits immunitaires combinés sévères (DICS). C’est la première utilisation réussie d’un substitutif enzymatique pour une maladie héréditaire.

1992

- L’armée américaine prélève des échantillons de sang et de tissus chez toutes ses nouvelles recrues dans le cadre d’un programme de création de plaques d’identité génétiques, visant à faciliter l’identification des soldats tués au combat.

- La FDA autorise le premier facteur de coagulation obtenu par génie génétique, protéine recombinante utilisée dans le traitement de l’hémophilie A. - Des chercheurs américains et britanniques présentent une technique permettant de tester des embryons in vitro pour détecter des anoma lies génétiques telles que la mucoviscidose et l’hémophilie.

1993

- Une équipe de recherche internationale, dirigée par le Dr Daniel Cohen du Centre d’étude des polymorphismes humains à Paris, dresse une carte approximative des 23 paires de chromosomes humains.

- Deux associations professionnelles de taille modeste fusionnent pour former la Biotechnology Industry Organization (organisation des industries biotechnologiques), un groupe international de défense des biotechnologies.

1994

- La FDA autorise une protéine recombinante dans le traitement du déficit en hormone de croissance.

- Le Dr Mary-Claire King, de l’Université de Californie - Berkeley, découvre le premier gène du cancer du sein, BRCA1.

- La FDA autorise une enzyme modifiée dans le traitement de la maladie de Gaucher.

- Une multitude de gènes, humains ou non, sont identifiés et leurs fonctions décrites. Citons par exemple : - Ob, gène prédisposant à l’obésité, - BCR, gène de prédisposition au cancer du sein, - BCL-2, gène lié à l’apoptose (mort cellulaire programmée), - Les gènes hedgehog, à l’origine de protéines contrôlant la différenciation cellulaire chez les organismes supérieurs, - Vpr, un gène contrôlant la reproduction du VIH. - Des études de liaison génétique identifient des gènes responsables de différentes pathologies, par exemple les troubles bipolaires, la cataracte céruléenne, le mélanome, la perte d’audition, la dyslexie, le cancer de la thyroïde, la mort subite du nourrisson, le cancer de la prostate et le nanisme.

- La FDA autorise une version génétiquement modifiée de la DNase humaine qui dégrade les protéines accumulées dans les poumons des

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patients atteints de mucoviscidose : premier nouveau médicament dans le traitement de la mucoviscidose depuis plus de 30 ans.

- En France, la loi de bioéthique du 29 juillet 1994, relative au respect du corps humain précise “que toute pratique eugénique tendant à l’organisation de la sélection des personnes est interdite” et que “sans préjudice des recherches tendant à la prévention et au traitement des maladies génétiques, aucune transformation ne peut être apportée aux caractères génétiques dans le but de modifier la descendance de la personne”.

1995

- L’EMEA autorise une protéine recombinante dans le traitement de la sclérose en plaques ; maladie pour laquelle aucune nouvelle solution thérapeutique n’avait été proposée depuis 20 ans.

- La première greffe de moelle osseuse du babouin à l’homme est réalisée chez un patient atteint du SIDA. - Mise au point du premier vaccin contre l’hépatite A. Le NIH, l’armée américaine et les Centers for Disease Control and Prevention (Centres pour la prévention et le contrôle des maladies) se sont beaucoup impliqués dans le développement des vaccins.

- Des chercheurs de l’Institute for Genomic Research (Institut de recherche génomique) réalisent le premier séquençage complet du génome d’un organisme vivant, la bactérie Haemophilus influenzae.

- Une équipe de recherche européenne identifie une anomalie génétique qui pourrait être une des causes les plus fréquentes de surdité.

1996

- Le département de biochimie de l’Université de Stanford et la société Affymetrix développent la puce à ADN (GeneChip), micropuce de verre ou de silice contenant des milliers de gènes individuels qui peuvent être analysés simultanément : un des premiers faits marquant de la révolution technologique en marche pour l’étude de l’expression génique et le séquençage de l’ADN. - Un groupe de chercheurs séquence le génome complet d’un organisme complexe, Saccharomyces cerevisiae, également connu sous le nom de levure de boulanger. C’est le plus grand génome entièrement séquencé jusqu’alors (plus de 12 millions de paires de bases d’ADN).

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- Un nouveau test diagnostique peu onéreux reposant sur un biocapteur est développé pour permettre la détection instantanée d’une souche toxique d’E. coli, bactérie responsable de nombreuses infections (notamment épidémies d’intoxications alimentaires, infections urinaires…).

1997

- Elaboration du premier chromosome artificiel humain. Combinaison d’ADN naturel et d’ADN synthétique réalisant une cassette génétique, qui peut éventuellement être personnalisée et utilisée en thérapie génique.

- La FDA autorise une hormone de stimulation folliculaire recombinante pour le traitement de l’infertilité.

- La FDA autorise le premier test non sanguin de dépistage des anticorps anti VIH dans le liquide créviculaire gingival.

- Des chercheurs de l’Institute for Genomic Research (Institut de recherche génomique) séquencent le génome complet de l’agent pathogène responsable de la maladie de Lyme, Borrelia burgdorferi, ainsi que le génome d’un agent souvent impliqué dans les ulcères de l’estomac, Helicobacter pylori.

- Des chercheurs de l’Université du Wisconsin – Madison séquencent le génome d’E. coli.

- Autorisation de mise sur le marché par la FDA, du premier anticorps monoclonal destiné au traitement d’un cancer : les lymphomes non hodgkiniens.

1998

- Production pour la première fois en laboratoire de peau humaine.

- Mise en culture par deux équipes de recherche, de cellules souches embryonnaires, cellules utilisées pour régénérer des tissus lésés.

- Les chercheurs du Sanger Institute de la faculté de médecine de l’Université de Washington à St Louis, séquencent le premier génome animal complet (ver Caenorhabditis elegans).

- Une ébauche approximative de la carte du génome humain est produite, indiquant les localisations de plus de 30 000 gènes.

- Développement du premier vaccin contre la maladie de Lyme.

- Un anticorps monoclonal utilisé dans le traitement du cancer du sein montre des résultats

favorables, annonçant une nouvelle ère de traitement reposant sur le ciblage moléculaire des cellules tumorales.

- Premières données cliniques prometteuses obtenues avec un anticorps monoclonal dans le cancer du sein, validant le concept de thérapeutique ciblée (ciblage moléculaire) en cancérologie.

- Création du Genopole® à Evry dont l’objectif est de développer un campus de recherche d’excellence en génomique et en postgénomique axé sur les thérapies géniques, en synergie avec l’université Evry Val d’Essonne (UEVE). Génopole regroupe aujourd’hui un portefeuille de 62 entreprises dont 9 sont issues du CNRS. 1999

- L’EMEA autorise un nouvel anticorps monoclonal dans le traitement de la maladie de Crohn.

- Les premiers essais de thérapie génique auprès d’enfants “bulles”, sont conduits par l’équipe d’Alain Fisher à l’hôpital Necker à Paris.

- Le code génétique complet d’un chromosome humain (chromosome 22) est déchiffré.

- A l’initiative du ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche, création d’une base de données nationale “Biotechnologies France” qui référence l’ensemble des acteurs des biotechnologies en France.

Années 2000 2000

- Les chercheurs de Celera Genomics et du Projet Génome Humain terminent une ébauche approximative de la séquence du génome humain.

- Autorisation de mise sur le marché par l’EMEA, d’un inhibiteur des récepteurs HER2 dans le traitement du cancer du sein chez les patientes dont les tumeurs surexpriment le gène HER2 : premiers pas vers la médecine personnalisée dans le domaine de l’oncologie.

2001

- Les revues Science et Nature publient la séquence du génome humain, permettant ainsi aux chercheurs du monde entier de commencer à rechercher de nouveaux traitements pour les maladies d’origine génétique, telles que le cancer, les cardiopathies, la maladie de Parkinson et la maladie d’Alzheimer.

2002

- Une ère de séquençage aléatoire des principaux génomes (parmi lesquels la souris, le chimpanzé, le chien et des centaines d’autres espèces) s’achève.

2003

- Celera et le NIH achèvent le séquençage du génome humain.

- Mise en place du système national de biovigilance dont l’objectif est de surveiller et prévenir les risques liés à l’utilisation d’éléments et de produits issus du corps humain et utilisés à des fins thérapeutiques.

2004

- La FDA autorise la mise sur le marché d’une puce à ADN permettant de faciliter la sélection de médicaments dans le traitement de différentes maladies, nouvelle étape importante vers la mise en place de la médecine personnalisée.

2005

- Autorisation de mise sur le marché par l’EMEA, du premier traitement antiangiogénique (c’est à-dire inhibant la croissance des vaisseaux sanguins, ou angiogenèse) en cancérologie, anticorps monoclonal indiqué dans le cancer colorectal.

2006

- L’EMEA autorise un vaccin recombinant dirigé contre certains papillomavirus humains, virus responsables des cancers du col de l’utérus et des verrues génitales.

- Des chercheurs déterminent la structure tridimensionnelle du virus HIV, responsable du SIDA. 2007

- Des chercheurs montrent que la manipulation de cellules de peau humaine, pourrait permettre de créer des cellules souches embryonnaires.

2008

- Des chimistes japonais créent la première molécule d’ADN presque entièrement constituée d’éléments artificiels, avec des applications possibles en thérapie génique.

- Le Dr Craig Venter et son équipe reproduisent entièrement la structure génétique d’une bactérie à partir de produits chimiques de laboratoire, faisant un pas de plus vers la création du premier être vivant artificiel.

- En 2008, 107 biomédicaments commercialisés en France (au lieu de 90 en 2004), qui apportent des réponses thérapeutiques dans 16 domaines différents.

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Les illustrations figurant en pages 5, 6, 7, 14 et 16 appartiennent à BioTech Primer, Inc., et ont été utilisées avec leur permission.

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