Le professeur Sangmin Lee du département de génie chimique de POSTECH, en collaboration avec le professeur David Baker, lauréat du prix Nobel de chimie 2024 de l’Université de Washington, a développé une plateforme thérapeutique innovante en imitant les structures complexes des virus à l’aide de l’intelligence artificielle (IA). Leurs recherches pionnières ont été publiées dans Nature le 18 décembre.
Les virus sont spécialement conçus pour encapsuler le matériel génétique dans des coques protéiques sphériques, leur permettant de se répliquer et d’envahir les cellules hôtes, provoquant souvent des maladies. Inspirés par ces structures complexes, les chercheurs ont exploré des protéines artificielles calquées sur des virus. Ces « nanocages » imitent le comportement viral, délivrant efficacement des gènes thérapeutiques aux cellules cibles. Cependant, les nanocages existantes sont confrontées à des défis importants : leur petite taille limite la quantité de matériel génétique qu’elles peuvent transporter, et leur conception simple est loin de reproduire la multifonctionnalité des protéines virales naturelles.
Pour remédier à ces limites, l’équipe de recherche a utilisé une conception informatique basée sur l’IA. Si la plupart des virus présentent des structures symétriques, ils présentent également de subtiles asymétries. En tirant parti de l’IA, l’équipe a recréé ces caractéristiques nuancées et a conçu avec succès pour la première fois des nanocages de formes tétraédriques, octaédriques et icosaédriques.
Les nanostructures résultantes sont composées de quatre types de protéines artificielles, formant des architectures complexes avec six interfaces protéine-protéine distinctes. Parmi ceux-ci, la structure icosaédrique, mesurant jusqu’à 75 nanomètres de diamètre, se distingue par sa capacité à contenir trois fois plus de matériel génétique que les vecteurs conventionnels de délivrance de gènes, tels que les virus adéno-associés (AAV), marquant une avancée significative dans la thérapie génique. .
La microscopie électronique a confirmé que les nanocages conçues par l’IA obtenaient des structures symétriques précises comme prévu. Les expériences fonctionnelles ont en outre démontré leur capacité à délivrer efficacement des charges thérapeutiques aux cellules cibles, ouvrant ainsi la voie à des applications médicales pratiques.
“Les progrès de l’IA ont ouvert la porte à une nouvelle ère dans laquelle nous pouvons concevoir et assembler des protéines artificielles pour répondre aux besoins de l’humanité”, a déclaré le professeur Sangmin Lee. “Nous espérons que cette recherche accélérera non seulement le développement de thérapies géniques, mais qu’elle entraînera également des percées dans les vaccins de nouvelle génération et d’autres innovations biomédicales.”
Cette étude a été soutenue par le ministère des Sciences et des TIC de la République de Corée dans le cadre du programme des jeunes scientifiques exceptionnels, du programme de développement des nanotechnologies et des matériaux et du programme de recherche sur les frontières mondiales, avec un financement supplémentaire fourni par le Howard Hughes Medical Institute (HHMI) en les États-Unis.
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