Développement de réactifs d'affinité synthétiques pour des diagnostics améliorés

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Comme l'a souligné la pandémie de COVID-19, des technologies de diagnostic efficaces sont un élément essentiel de la réponse à une épidémie. Cependant, développer des diagnostics rapidement et à grande échelle en utilisant des approches traditionnelles peut être difficile. MIP Discovery s'efforce de résoudre ces problèmes en concevant des polymères à empreinte moléculaire (MIP) - des réactifs d'affinité synthétiques qui offrent plusieurs avantages par rapport aux anticorps.

Pour en savoir plus sur les MIPS et pourquoi ils sont particulièrement adaptés à une utilisation dans les tests de diagnostic in vitro, nous avons parlé au Dr Francesco Canfarotta, responsable de la chimie chez MIP Discovery. Dans cette interview, le Dr Canfarotta nous parle également de la technologie nanoMIP™ de MIP Discovery et de la façon dont le financement récent de la Fondation Bill & Melinda Gates sera utilisé par l'entreprise pour développer des nanoMIP à utiliser dans une future réponse à la pandémie.

Anna MacDonald (AM) : Pouvez-vous expliquer ce que sont les MIPS et comment ils sont produits ?

Dr Francesco Canfarotta (FC) : Les MIPS sont des réactifs d'affinité synthétiques qui sont conçus et fabriqués autour d'un biomarqueur, ou cible d'intérêt, pour imiter sa forme et sa fonctionnalité de surface. Essentiellement, ce sont des polymères avec une poche de liaison fonctionnelle qui peuvent être utilisées dans des applications qui nécessitent un événement de liaison.

AM : Pouvez-vous nous en dire plus sur la technologie nanoMIP de MIP Discovery et comment elle se compare à d'autres approches ?

FC : Les techniques d'empreinte moléculaire sont bien établies mais ont été peu utilisées dans le passé en raison des limitations liées à la taille de la molécule "d'empreinte" résultante et à l'incohérence de la reconnaissance. Cela dépend en grande partie de la manière dont les empreintes sont créées, qui est souvent en solution et sans stratégie spécifique quant à la manière dont ces empreintes sont générées. MIP Discovery a développé une technologie propriétaire – nanoMIPs – qui surmonte ces problèmes. Notre approche est basée sur la conception active des qualités de reconnaissance que nous souhaitons. Notre équipe utilise un logiciel de modélisation moléculaire haut de gamme pour modéliser les interactions entre la molécule cible et les monomères individuels (les éléments constitutifs des nanoMIP). Cela nous permet de concevoir et de contrôler une réaction de polymérisation autour de la cible immobilisée, qui peut être n'importe quoi, d'une petite molécule à une protéine ou à un virus entier. Il en résulte la formation d'un réactif d'affinité nanoMIP, qui est ensuite élué de la cible immobilisée et évalué pour ses performances dans une application choisie. Le résultat est un réactif d'affinité hautement performant, étroitement contrôlé (généralement de 10 à 60 nm de taille), qui peut se lier spécifiquement à une cible choisie dans une orientation donnée.

La principale technologie à laquelle nous nous comparons est celle des anticorps, bien que nous connaissions des technologies alternatives telles que les aptamères et les affimères. Une différence commune entre les nanoMIP et toutes les autres technologies est le nombre de blocs de construction que nous pouvons utiliser pour créer un nanoMIP avec les bonnes propriétés physicochimiques et de liaison. MIP Discovery repose sur plus de 600 monomères soigneusement sélectionnés par rapport aux ~ 20 acides aminés utilisés pour les anticorps/affimères, ou les 50 à 100 nucléotides utilisés pour les aptamères. Cet espace de conception élargi donne aux nanoMIP un avantage distinct qui est encore renforcé par le potentiel d'un plus grand nombre de points de contact avec la cible (nominalement 5 à 6 points de contact pour un anticorps contre 10 points de contact ou plus pour un nanoMIP, selon la taille de la cible).

En ce qui concerne les anticorps, leur production dépend à des degrés divers de sujets ou de composants animaux. Outre la dimension éthique, cela crée des défis autour de la stérilité et de la contamination, sans parler des délais importants entraînés par l'expansion de l'élevage / de la culture cellulaire. Les nanoMIP sont entièrement synthétiques, chimiquement définis et sans composants d'origine animale. De plus, ils peuvent être exposés à des conditions extrêmes de température, de pression et de pH, permettant la stérilisation tout en conservant leur fonctionnalité.

Alors que les anticorps sont bien établis pour reconnaître les protéines, et sont devenus le réactif de choix à cet égard, ils sont moins bien adaptés aux autres classes cibles. Il a été démontré que les nanoMIP ont une large gamme de reconnaissance, allant de la différenciation des ions individuels séparés uniquement par la valence, aux petites molécules telles que les drogues d'abus et jusqu'aux peptides et protéines.

AM : Qu'est-ce qui rend les nanoMIP bien adaptés à une utilisation dans les tests de diagnostic in vitro ? Existe-t-il d'autres applications dans lesquelles les MIP sont utilisés ?

FC : les nanoMIP ont une pléthore de caractéristiques uniques qui intéressent les développeurs de tests de diagnostic. Le premier est leur robustesse : leurs structures en polymère leur permettent de résister à des environnements difficiles et à des températures fluctuantes, ce qui les rend idéaux pour les appareils de terrain. Imaginez un appareil de dépistage de drogue dans une voiture de police canadienne : il doit résister à des températures saisonnières extrêmes et à une manipulation quotidienne sans affecter les performances. Cela peut être difficile à réaliser avec des réactifs biologiques, mais les nanoMIP peuvent surmonter cela. Une autre caractéristique des nanoMIP qui a suscité beaucoup d'intérêt est leur évolutivité et leur reproductibilité, ce qui conduit inévitablement à la sécurité de l'approvisionnement. La méthode de production chimique signifie que la cohérence d'un lot à l'autre peut être facilement obtenue et que les risques de la chaîne d'approvisionnement, tels qu'un clone d'anticorps ne produisant plus, peuvent être éliminés. Au-delà des tests de diagnostic, nous travaillons avec un certain nombre de partenaires pour développer des nanoMIP à utiliser dans les bioprocédés, en particulier autour des applications de détection et de chromatographie. Les besoins sont ici portés par la thérapie cellulaire et génique notamment.

AM : Quels avantages les MIP offrent-ils par rapport aux anticorps ?

FC : Les anticorps sont une plate-forme technologique incroyable, et cela se reflète dans leur utilisation par le biais de la R&D, des diagnostics et d'autres applications. Cependant, de par leur nature même, les anticorps ont des limites. La majorité des anticorps vendus dans le commerce ont été générés par une réponse immunitaire, qui ne peut pas être contrôlée et est finalement influencée par des millions d'années de biologie. Cela rend la reconnaissance de certaines classes de molécules, ou de certaines caractéristiques d'une molécule donnée, très difficile. Les nanoMIP peuvent être conçus contre presque toutes les cibles d'intérêt, des ions, des petites molécules organiques, des protéines et même un virus complet. Cela en fait une option idéale pour cibler des espèces telles que les substances toxiques, les médicaments et leurs métabolites.

Du point de vue du profil de produit, les nanoMIP sont chimiquement définis et sans composants animaux, ce qui permet une génération rapide à grande échelle. C'est bien sûr l'une des principales caractéristiques qui a suscité l'intérêt de la Fondation Bill & Melinda Gates pour la lutte contre les tests infectieux à grande échelle dans les pays à revenu faible et intermédiaire.

AM : MIP Discovery a récemment reçu un financement de la Fondation Bill & Melinda Gates. Pouvez-vous expliquer comment ce financement sera utilisé et certains des impacts attendus du projet ?

FC : La subvention de la Fondation Bill & Melinda Gates soutient un projet innovant visant à développer des nanoMIP à utiliser dans une future réponse à une pandémie. Ce projet s'ajoute au financement d'autres partenaires tels que Sapphiros, en tant qu'amélioration par rapport aux anticorps, pour permettre rapidement des tests de diagnostic à faible coût et à volume élevé, pour les pays à revenu faible et intermédiaire lors d'épidémies endémiques ou pandémiques. Les principaux objectifs du projet comprennent la réduction des délais actuels pour permettre la conception et la mise à l'échelle de nouveaux réactifs de détection en moins de quatre semaines. Les réactifs de détection nanoMIP peuvent ensuite être déployés à l'aide de plates-formes de diagnostic à haut débit à l'échelle mondiale. Notre approche "scale out" permettra à MIP Discovery de s'attaquer à plusieurs marqueurs de diagnostic à la fois, tout en atteignant les volumes requis pour les diagnostics à grande échelle.

Nous nous attendons à ce que ce projet ait un impact sur la vitesse à laquelle l'industrie peut répondre aux situations pandémiques et endémiques, qu'elles soient naturelles ou non.

AM : Envisagez-vous de développer des NanoMIP pour le diagnostic des maladies non transmissibles ? Quelles autres innovations envisagez-vous pour les MIP ?

FC : Au cours des 24 prochains mois, notre objectif, au-delà des maladies infectieuses, est de résoudre des problèmes avec un besoin non satisfait important qui peut avoir un impact sur la qualité de vie. Le premier domaine d'intérêt est l'abus de drogues, en particulier la pandémie nord-américaine de fentanyl. Créer des réactifs pour permettre de meilleurs tests sur le terrain est l'une des étapes clés de la lutte contre cette épidémie chimique.

Notre deuxième domaine d'intérêt concerne les bioprocédés, en particulier autour de la thérapie cellulaire et génique. Les traitements de thérapie cellulaire et génique sont parmi les plus coûteux de tous les services de santé. Ils sont complexes et coûteux à produire. Les nanoMIP sont parfaitement adaptés aux processus de détection et de chromatographie en ligne dans les environnements industriels, permettant potentiellement la génération de thérapies de meilleure qualité à moindre coût.

Le Dr Francesco Canfarotta s'adressait à Anna MacDonald, rédactrice en chef par intérim pour Technology Networks.