Des liposomes lumineux remplacent les tests sur les animaux
Des chercheurs de l'ETH ont déposé une demande de brevet pour une méthode permettant de tester l'activité biologique de l'une des substances toxiques les plus puissantes, la neurotoxine botulique. Si cette méthode s'impose, elle pourrait sauver la vie d'un demi-million de souris par an.
La neurotoxine botulique (BoNT) est l'une des toxines les plus puissantes connues. Elle est produite par la bactérie Clostridium botulinum. La BoNT inhibe la transmission des signaux des terminaisons nerveuses vers les muscles, ce qui entraîne une paralysie pouvant aller jusqu'à l'arrêt respiratoire. Un microgramme par kilogramme de poids corporel suffit à tuer un adulte. Le BoNT est tristement célèbre comme toxine alimentaire, par exemple dans les légumes en conserve insuffisamment stérilisés. Mais la neurotoxine botulique a aussi des avantages. Ainsi, elle permet de traiter des dizaines d'affections et d'infirmités chroniques, dont les mauvaises postures d'origine nerveuse comme le torticolis, le strabisme, la migraine ou le tennis elbow. Depuis les années 1990, l'industrie cosmétique utilise également ce poison à grande échelle sous le nom de Botox pour lisser les rides du visage.
L'utilisation de BoNT est toutefois un jeu avec le feu. La toxine est un produit naturel et n'est pas produite à une concentration constante. C'est pourquoi les autorités d'autorisation exigent que chaque lot d'un produit thérapeutique contenant du BoNT soit testé à l'aide du test LD50 sur souris pour déterminer sa toxicité. Cela permet de déterminer la dose à laquelle la moitié des animaux meurent. Pour de tels tests de routine dans l'industrie pharmaceutique, plus d'un demi-million de souris doivent perdre la vie chaque année dans l'UE et aux États-Unis.
Une lumière plus forte signifie une concentration plus élevée
Un nouveau système de test mis au point par le chercheur de l'ETH Oliver Weingart en collaboration avec le laboratoire de Spiez pourrait désormais sauver la vie de ces souris. Ce système est le premier à se passer d'animaux de laboratoire ou de cellules vivantes, car il mesure l'activité toxique de la neurotoxine à l'aide de bulles de membranes lipidiques fabriquées artificiellement, appelées liposomes. Le chercheur du laboratoire de microbiologie alimentaire a ainsi fabriqué de minuscules vésicules entourées d'une double membrane lipidique, qui imitent les extrémités des cellules nerveuses. Des récepteurs spécifiques de cellules nerveuses sont intégrés dans la membrane, auxquels la neurotoxine botulique se lie selon le principe de la serrure et de la clé. En acidifiant le liquide environnant, la structure de la toxine se modifie, de sorte qu'une partie de celle-ci est introduite dans le liposome. Là, la toxine déploie une autre activité et fragmente une protéine contenue dans la vésicule, qui se met à briller après le clivage. Cette fluorescence est directement liée à la concentration de BoNT : plus les liposomes sont lumineux, plus la concentration de la toxine est élevée.
Peu coûteux, simple et plus précis
Le procédé présente des avantages tangibles. "Les liposomes peuvent être produits à peu de frais et leur manipulation ne nécessite pas de formation spéciale du personnel", explique Weingart. De plus, la limite de détection de la neurotoxine botulique chez la souris est d'environ 10 picogrammes. L'objectif est que les liposomes permettent de détecter moins d'un picogramme de toxine, soit le trillionième d'un gramme. Le système de test produit une fluorescence mesurable après seulement une à trois heures. Le résultat final du test est disponible en moins de 24 heures, alors que chez la souris, il faut compter au moins un à quatre jours. "Nous avons vu que l'idée était réalisable", explique Martin Loessner, professeur de microbiologie alimentaire. Les chercheurs ont donc commencé à standardiser le dispositif de test. Il s'agit également d'améliorer les liposomes afin de permettre des mesures plus fiables.
Inscription pour le brevet
Un groupe de recherche allemand à la haute école de Hanovre, l'entreprise miprolab GmbH à Göttingen ainsi que le laboratoire de Spiez, où Weingart avait commencé ce projet en tant que doctorant de l'ETH, participent à ces travaux de recherche. En collaboration avec l'office fédéral de la protection de la population, auquel le laboratoire de Spiez est rattaché, les chercheurs ont maintenant déposé une demande de brevet mondial pour leur nouveau système de test. Le projet est actuellement financé en grande partie par une bourse d'études accordée à Weingart par la "Fondation Recherches 3R". La fondation s'est donné pour mission de réduire, d'éviter et d'améliorer les expériences sur les animaux et est entretenue par la protection des animaux et l'industrie pharmaceutique.
Jusqu'à présent, les chercheurs se sont concentrés sur les besoins de l'industrie pharmaceutique. Martin Loessner et Oliver Weingart peuvent toutefois imaginer de développer le système de test pour d'autres applications. Il serait envisageable de développer un dispositif de test comparable pour l'eau potable ou les aliments, afin de détecter les neurotoxines.