Les principaux types de vecteurs

Les vecteurs les plus utilisés jusqu'à aujourd'hui sont des vecteurs viraux.

- Les rétrovirus ont été les premiers virus testés. Leur qualité principale est de pouvoir intégrer leur matériel génétique de façon permanente dans le génome des cellules qu'ils infectent. Actuellement, 60 % des protocoles cliniques sont fondés sur l'utilisation de vecteurs rétroviraux, dérivés des rétrovirus de la leucémie murine (MLV, virus de Moloney en particulier). Ils peuvent contenir un ADN exogène de taille relativement grande: huit kilobases . À l'exception du VIH (virus de l'immunodéficience humaine), ces virus ont évolué sous des formes peu pathogènes et leur utilisation présente des risques limités.

Ils sont utilisés selon la technique ex vivo . La pénétration des rétrovirus dans les cellules cibles se fait grâce à la reconnaissance, par un récepteur cellulaire, d'une protéine présente sur l'enveloppe virale. Mais, pour être efficace, c'est-à-dire pour s'intégrer dans le chromosome cellulaire, le vecteur ne peut se contenter d'être entré dans le cytoplasme de la cellule : il doit pénétrer jusqu'au noyau de la cellule. Ce n'est possible qu'au moment où la cellule se divise pour se reproduire (mitose), car la membrane du noyau est alors momentanément rompue. Cette particularité explique que l'on doive utiliser la technique in vivo car, lorsque l'on cultive, en laboratoire, les cellules humaines, la plupart d'entre elles sont réceptives aux rétrovirus MLV et se divisent activement lors de l'exposition aux rétrovirus qui peuvent ainsi pénétrer dans leurs noyaux.

Mais l'approche ex vivo a ses limites. Les cellules sanguines qui pourraient être ainsi traitées, car elles sont faciles à prélever et à réintroduire dans l'organisme, sont malheureusement peu réceptives au MLV: elles expriment peu le récepteur à ce virus, qui pénètre donc difficilement en elles.

L'utilisation des rétrovirus in vivo est encore plus délicate:

Les vecteurs doivent atteindre majoritairement les cellules cibles; or, les cellules endothéliales expriment naturellement un récepteur au MLV; de ce fait, les rétrovirus modifiés peuvent pénétrer dans ces cellules rencontrées sur le chemin qui doit les mener aux cellules cibles. Dans la mesure où les vecteurs rétroviraux ne peuvent pas être produits à des concentrations élevées, le fait qu'ils se fixent partout dans la circulation sanguine les empêche de parvenir en quantité suffisante pour une transduction efficace dans les cellules cibles.

- La plupart des cellules considérées comme des cibles potentielles pour une thérapie génique ne prolifèrent pas activement in vivo . Les rétrovirus ne peuvent profiter de la mitose pour s'introduire dans leur noyau. La solution de l'avenir sera peut-être l'utilisation des lentivirus (tel que le VIH) qui sont capables de pénétrer dans le noyau des cellules ne se divisant pas. Le risque principal présenté par ces virus est une éventuelle recombinaison entre le génome viral et le génome des cellules transduites, susceptible de produire un virus pathogène.

C'est pourquoi les recherches portent sur des systèmes hybrides incluant le génome modifié du VIH (débarrassé des gènes responsables du caractère pathogène du virus) dans un vecteur rétroviral. Cette méthode paraît intéressante mais n'en est qu'à ses balbutiements.

- Les adénovirus ont des caractéristiques intéressantes: leur grande taille permet le transfert de très larges séquences d'ADN (plus de 35 kb); ils sont capables d'infecter un grand nombre de types de cellules différentes, même si elles ne sont pas en phase de mitose; ils peuvent être produits à des concentrations élevées. Ils ont aussi des défauts, notamment celui de provoquer de fortes réactions inflammatoires et immunitaires. C'est pourquoi les vecteurs adénoviraux de deuxième génération contiennent des génomes réduits des virus. On doit toutefois noter qu'ôter des séquences des génomes viraux présente des inconvénients: ainsi, il peut être nocif de retirer les séquences correspondant à des régions dites "activatrices" qui aident à maintenir la stabilité du génome viral dans la cellule.

Aujourd'hui, pour lutter contre ces réactions, l'utilisation des vecteurs adénoviraux ( un des virus responsable notamment de rhino-pharingytes et qui pénètre efficacement dans les cellules pulmonaires ) suppose d'administrer des gènes viraux contenant des gènes immunosuppresseurs. Une autre solution consisterait à administrer un traitement "classique" de produits immunodépresseurs au patient parallèlement au traitement par thérapie génique. Parvenir à supprimer les réactions immunitaires est essentiel car les vecteurs adénoviraux ne s'intègrent pas dans le génome de la cellule cible et ont tendance à disparaître au fil des divisions cellulaires. Il faut pouvoir les administrer de façons répétées sans déclencher de réaction immunitaire. C'est onc pour pouvoir utiliser les vecteurs en direction d'un type de cellule donnée que les scientifiques cherchent à modifier la reconnaissance entre la particule virale et la surface cellulaire.

- Les "adeno-associated virus" (AAV) sont des virus non pathogènes très répandus chez l'homme. Ils ne peuvent se répliquer qu'en s'associant avec des adénovirus ou des virus de l'herpès. Ils peuvent transduire efficacement les cellules du cerveau, du foie et certaines cellules sanguines. Ils peuvent infecter des cellules en dehors des phases de mitoses. Malheureusement cette qualité essentielle disparaît lorsque l'on modifie le génome des AAV pour y introduire le gène-médicament: les vecteurs restent capables d'infecter des cellules ne proliférant pas mais ne s'intègrent plus dans leur génome. Par ailleurs, les AAV présentent un autre inconvénient : celui de ne pouvoir contenir que des petites séquences d'ADN (4,8 kb).

Ces AAV pourront donner des vecteurs peu dangereux et présentant certains avantages mais ils sont actuellement inexploitables dans le domaine clinique.

Les vecteurs non viraux

- Les vecteurs synthétiques tels que des composés lipidiques, peuvent aussi être utilisés pour transférer des gènes dans des cellules . Ils ont plusieurs qualités: facilement produits, ils sont stables et peuvent contenir des séquences d'ADN de grande taille. Ce sont des lipides, des peptides ou des polymères dits cationiques car ils sont porteurs d'une charge électrique positive. Celle-ci leur permet de compacter les milliers de paires de bases d'une molécule d'ADN (chargées négativement) et de donner une charge positive à l'ensemble (vecteur + ADN) qui peut interagir avec les charges négatives des membranes des cellules. I ls n'ont pas de risque de virulence puisque ce sont des particules inertes. Ils sont d'ailleurs de plus en plus utilisés, dans environ une étude de thérapie génique sur quatre.

La pénétration in vitro des vecteurs synthétiques dans les cellules ne pose pas de problèmes; malheureusement les résultats in vivo sont très décevants. Il semble que, injectés par voie intraveineuse, les vecteurs s'agrègent en particules de grande taille mécaniquement retenues par les deux principaux filtres du corps humain (poumon et foie). De plus, il faut au moins 100 000 molécules d'ADN par cellule cible pour qu'une seule séquence parvienne à pénétrer dans le noyau. Une telle concentration pose des problèmes de toxicité.

Compte tenu de ces difficultés, l'une des utilisations envisagée à terme, pour les vecteurs synthétiques est le traitement de la mucoviscidose par instillation du gène-médicament dans les poumons (dans ce cas, il suffirait semble-t-il d'atteindre 5 % des cellules pulmonaires):

Les défauts actuels des vecteurs synthétiques pourraient être corrigés au prix d'importants efforts de recherche dans le domaine de la chimie et de la biochimie. Or l'industrie pharmaceutique est prête à valoriser son savoir-faire traditionnel en chimie en étudiant de près les vecteurs synthétiques. Les retombées en seraient positives pour les groupes pharmaceutiques et pour la thérapie génique.