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Corriger les gènes défectueux et guérir des maladies incurables : voici ce que promet la thérapie génique depuis plus de vingt ans. Est-ce enfin l’heure de la concrétisation ?
Le jour où Jacob a reçu sa thérapie génique est gravé à jamais dans la mémoire de ses parents, comme une seconde naissance. Le garçon, atteint d’amyotrophie spinale, une maladie neuromusculaire fatale, avait alors 18 mois. « Dans les semaines après l’administration de la thérapie, on a vite vu un changement, explique sa mère, Audrey Cueillierrier. Jamais on ne l’avait vu avec autant d’énergie, c’était comme un nouvel enfant ! »
Le médicament qui a changé la vie de Jacob est le Zolgensma, une thérapie administrée par voie intraveineuse. Elle est constituée de virus inoffensifs contenant un gène crucial pour la survie des neurones qui contrôlent les muscles. Le gène qui, justement, ne fonctionnait pas chez le bambin. « C’était une simple injection d’une heure, comme un soluté, se rappelle sa mère. On est sortis le lendemain. Avant l’injection, Jacob perdait l’équilibre en position assise, maintenant, il reste debout et marche seul en s’accrochant à des meubles comme le sofa ! »
Jacob est le premier enfant à avoir reçu le Zolgensma à l’hôpital Sainte-Justine après la décision du gouvernement du Québec, en 2021, de rembourser le traitement à 2,8 millions de dollars la dose.
« C’est un bond de géant, confie Cam-Tu Émilie Nguyen, neurologue pédiatrique à l’hôpital Sainte-Justine, qui a administré le traitement. Avant, on était dans l’accompagnement de ces familles et les soins de fin de vie, mais avec les nouveaux traitements, on voit des progrès considérables, et ces histoires prennent une direction beaucoup plus heureuse. »
La dernière décennie a été le théâtre de progrès fulgurants en thérapie génique, cet ensemble d’approches qui consistent à corriger les gènes défectueux, à « éteindre » une mutation fautive ou encore à ajouter au génome un exemplaire fonctionnel de gène, comme chez Jacob.
« Il y a 10 ans, je suis allée à un congrès aux États-Unis où on a présenté une thérapie contre l’amyotrophie spinale testée dans un modèle animal, se rappelle la Dre Nguyen. On l’utilise maintenant chez des enfants. Une approbation aussi rapide, c’est du jamais vu. »
Les progrès dans l’univers des thérapies géniques sont propulsés tant par des technologies peaufinées depuis 20 ans que par de nouveaux outils de plus en plus précis, dont les ciseaux moléculaires CRISPR-Cas9. Après plusieurs décennies de tâtonnements et de déceptions, les efforts portent enfin leurs fruits.
Une vingtaine de thérapies géniques ont été approuvées à travers le monde, pour traiter notamment des troubles musculaires ou diverses maladies du sang. Au Canada, outre le Zolgensma, les thérapies homologuées jusqu’à maintenant incluent le Luxturna, qui apporte des copies de gènes faisant défaut dans certains types de maladies rétiniennes causant la cécité, ainsi que six thérapies permettant la production de cellules CAR-T, des armes redoutables contre plusieurs cancers du sang. Et ce n’est qu’un début !
Des centaines d’études cliniques sont en cours, ciblant des organes aussi diversifiés que les muscles, le foie, le cerveau, ou encore certains troubles métaboliques. « C’est une période très excitante pour la thérapie génique, a dit Melanie Blank, de la Division de l’évaluation clinique et de la pharmacologie et de la toxicologie de la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis, lors d’une réunion publique en février dernier. Nous voyons arriver chaque semaine une ou deux nouvelles applications pour différentes maladies. »
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Des cibles de plus en plus ambitieuses
Au départ, ces thérapies étaient développées pour traiter des maladies rares et incurables, causées par des mutations génétiques uniques, à l’instar de l’amyotrophie spinale. Or les choses sont en train de changer. « On vit une transition entre des traitements pour des maladies rares, offerts dans le cadre d’études cliniques, et des traitements qui s’approchent d’une thérapie génique de masse », souligne Yannick Doyon, chercheur spécialisé en ingénierie des génomes à l’Université Laval.
Ainsi, en laboratoire, des équipes explorent ces approches pour s’attaquer au diabète de type 1 ou même à l’alzheimer. En 2022, l’entreprise américaine Verve Therapeutics a lancé une étude en Nouvelle-Zélande pour modifier un gène dans les cellules du foie afin de diminuer grandement le taux de mauvais cholestérol chez les personnes atteintes d’hypercholestérolémie familiale. Cette maladie génétique touche 1 personne sur 500, mais les scientifiques estiment que leur approche pourrait être utilisée pour diminuer les risques de maladies cardiaques chez les personnes ne souffrant pas d’hypercholestérolémie. Un traitement préventif, en somme !
L’une des réussites les plus marquantes des cinq dernières années concerne cependant les maladies génétiques du sang. Deux d’entre elles, l’hémophilie B et la bêta-thalassémie, peuvent maintenant être traitées aux États-Unis (pas encore au Canada) à l’aide des thérapies géniques Hemgenix et Zynteglo respectivement, approuvées par la FDA en 2022.
L’anémie falciforme, la maladie génétique la plus répandue dans le monde, pourrait bientôt se joindre à elles. Cette maladie se caractérise par un défaut de l’hémoglobine entraînant une forme anormale et un manque de flexibilité des globules rouges, qui obstruent alors les vaisseaux. Le seul traitement est la greffe de cellules souches hématopoïétiques (les cellules responsables de la production des cellules sanguines), mais la procédure est complexe et risquée, en plus de nécessiter un donneur compatible.
Une quarantaine d’essais cliniques sont en cours pour évaluer l’efficacité de diverses thérapies géniques contre cette maladie. Deux en particulier, menés par Bluebird Bio et par Vertex et CRISPR Therapeutics, ont fait les manchettes après avoir prouvé qu’il est possible de redonner aux patients des globules rouges à l’apparence normale (voir l’encadré ci-dessous).
Contrer l’anémie falciforme
Lorsque l’hémoglobine, le principal composant des globules rouges, est malformée ou dysfonctionnelle, l’organisme paie le prix d’anémies graves et douloureuses. C’est le cas pour les 300 000 bébés qui naissent chaque année dans le monde avec l’anémie falciforme.
Plusieurs avenues sont explorées pour rétablir la santé des globules rouges : réparer le gène défectueux, le faire « taire » pour qu’il cesse de nuire, ou en fournir une version fonctionnelle.
Quelle que soit la stratégie, il faut d’abord prélever la moelle osseuse de l’individu à traiter, afin d’en isoler les cellules souches hématopoïétiques, qui fabriquent les globules rouges. On les expose à un virus qui, en les « infectant », insère le gène thérapeutique. On réinjecte ensuite ces cellules modifiées aux malades.
En 2014, l’équipe de Marina Cavazzana, directrice du Département de biothérapie de l’Hôpital Necker-Enfants malades à Paris, a introduit avec succès le gène sain de la bêta-globine dans les cellules souches d’un jeune de 13 ans (essai Bluebird Bio). Depuis, plusieurs essais ont validé l’approche. En janvier 2022, la chercheuse a fait le bilan, dans la revue Nature Medicine, de l’état de santé de ce premier patient, ainsi que de deux autres atteints d’anémie falciforme et de quatre atteints de bêta-thalassémie.
« Les résultats sont extrêmement stables, explique-t-elle. La production de globules rouges sains a été obtenue dans les trois mois après la greffe de cellules souches modifiées, et les patients ont continué à s’améliorer depuis. Pour six des sept patients, je pense qu’on peut dire qu’ils sont guéris, tandis que le septième a quand même vu une amélioration de ses symptômes. »
Entre nouveaux outils et méthodes prouvées
Cette accélération de la recherche, on la doit en partie à l’arrivée de CRISPR-Cas9 en 2012. Cet « outil » moléculaire est formé de l’enzyme Cas9, capable de couper l’ADN, et d’un brin d’ARN guidant l’ensemble vers la bonne cible. Ce n’est pas le premier outil à pouvoir couper un gène et à permettre son remplacement par un autre, mais il est beaucoup plus maniable et abordable que les précédents. « Jusqu’à il y a une dizaine d’années, modifier le génome était une tâche qui demandait une expertise poussée, explique Yannick Doyon. CRISPR est un outil plus simple à utiliser, au point que quiconque connaît les principes de base de la biologie moléculaire peut se lancer dans la modification génétique. »
Tant CRISPR-Cas9 que ses prédécesseurs fonctionnent en reconnaissant un point précis puis en sectionnant l’ADN à cet endroit, ce que les chercheurs appellent des « bris double brin » (les deux brins formant l’hélice d’ADN sont sectionnés). Ces cassures déclenchent automatiquement les mécanismes de réparation de la cellule, qui vont tenter de recoller les brins ensemble. On peut en profiter pour éliminer un gène ou en insérer un nouveau – fonctionnel, cette fois.
Mais CRISPR-Cas9 est imparfait, et plusieurs études ont montré qu’il coupe aussi l’ADN à des endroits non ciblés, parfois jusque dans 50 % des cas, ce qui peut mener à des mutations non intentionnelles. De plus, bien que CRISPR demeure efficace lorsque vient le temps de retirer un gène, il souffre du même problème que ses prédécesseurs lorsqu’il s’agit d’en ajouter un. Puisque la machinerie essentielle pour ce genre de réorganisation n’est active que dans des cellules en division, les cellules qui ne se divisent pas, comme les neurones, peuvent difficilement être modifiées.
Ces dernières années, CRISPR a donc été bonifié, en vue de le rendre moins erratique et plus performant. Dans les laboratoires, on parle maintenant de CRISPR 2.0 et 3.0. « On s’est rendu compte que l’enzyme Cas9 utilisée par le système CRISPR est une enzyme très modulable, poursuit Yannick Doyon. On peut lui ajouter des bouts de protéines, ce qui lui confère toutes sortes de nouvelles propriétés. »
CRISPR 2.0 permet le base editing, c’est-à-dire de modifier les nucléotides, soit les lettres A, T, G et C formant l’ADN. En convertissant directement une de ces lettres en une autre, on évite de faire une cassure risquée dans l’ADN. C’est cette technique qui est à l’essai contre l’hypercholestérolémie.
Quant à CRISPR 3.0, nommé prime editing, il sert à remplacer de larges séquences d’ADN, comme le CRISPR-Cas9 classique, mais il coupe et modifie les deux brins d’ADN un par un, ce qui réduit considérablement les risques de mutations accidentelles. « Le prime editing est prometteur, précise le professeur Doyon. Ça marche dans les cellules, mais la méthode n’a pas encore été utilisée de façon thérapeutique de manière convaincante, même dans des études animales. »
Finalement, de nouvelles techniques se passant complètement du système CRISPR-Cas9 (surnommées CRISPR-free) pourraient se joindre à la trousse à outils grandissante des scientifiques. Ces approches sont notamment capables de modifier de l’ADN mitochondrial, ce qui est impossible avec le CRISPR classique, et ouvriraient la porte à de nouveaux traitements.
Les défis du passage in vivo
Bien sûr, il y a encore du chemin à faire avant de modifier durablement l’ADN avec CRISPR dans un organisme entier. Pour l’instant, il n’y a que dans le foie (l’essai néo-zélandais) et l’œil que CRISPR a été utilisé – en l’occurrence dans le cadre d’un essai clinique visant à retirer une mutation causant une maladie dégénérative de la rétine.
Si les scientifiques parviennent de mieux en mieux à modifier des cellules en laboratoire, comme les cellules souches du sang, avant de les réinjecter aux malades, les médicaments disponibles (comme le Zolgensma) reposent plutôt sur la suppression d’un gène défectueux ou l’apport d’un gène isolé qui s’exprime sans s’intégrer au génome ni le réparer.
Il faut dire que les vecteurs transportant les traitements ont leurs limites, dès qu’on veut passer à l’organisme entier. Ces derniers sont pour l’instant des virus – non pathogènes –, qui jouent le rôle de « véhicules » pour apporter les ciseaux moléculaires ou le gène sain au cœur des cellules malades. « On sait les utiliser facilement, explique Marina Cavazzana, pédiatre et directrice du Département de biothérapie de l’Hôpital Necker-Enfants malades à Paris. Les lentivirus, notamment, constituent d’extraordinaires moyens de transport d’information génétique. »
Mais pour traiter par thérapie génique la dystrophie de Duchenne, par exemple, il faudrait modifier tous les muscles du corps, souligne Yannick Doyon. « Les doses de virus qu’on devrait utiliser dans certains cas seraient si élevées qu’elles en deviendraient toxiques ! » dit-il, car le corps peut déclencher une forte réponse immunitaire contre les vecteurs viraux.
« Pour le traitement de l’amyotrophie spinale, le virus qui livre la copie du gène manquant déclenche des réactions immunitaires au niveau du foie, explique Cam-Tu Émilie Nguyen. Or la dose de virus à donner est proportionnelle au poids de l’enfant. Après un certain âge, le risque de voir apparaître de graves inflammations est trop élevé. »
Bien que plus de 2300 enfants aient été traités avec succès grâce au Zolgensma, un triste rappel de cette réalité est survenu à l’été 2020, lorsque deux bébés sont décédés à la suite de dommages au foie causés par une réaction immunitaire contre le vecteur viral.
Peut-on, alors, s’affranchir des virus ? L’espoir est permis, grâce aux avancées accomplies avec les vaccins à ARN. Ces vaccins distribuent du matériel génétique dans de petites vésicules lipidiques, qui peuvent aussi faire office de vecteurs de thérapie génique. Ainsi, si CRISPR-Cas9 peut être acheminé dans les cellules malades par des virus, plusieurs études ont montré qu’il peut aussi être délivré par des vecteurs non viraux, comme des particules d’or ou par ces petites « bulles » de lipides.
Il reste toutefois ardu de fournir de longs fragments génétiques pour remplacer ce qu’on va couper. « De nombreux gènes ou outils moléculaires sont trop gros pour entrer dans de telles particules, explique Yannick Doyon. Si on veut insérer de nouveaux fragments d’ADN, on risque de devoir rester avec des vecteurs viraux encore pour un moment. »
Outre les méthodes de livraison, l’une des plus grandes limites de ces thérapies est leur coût, dépassant souvent le million de dollars par dose. Hemgenix, contre l’hémophilie, détient ainsi le record du médicament le plus cher du monde, avec un coût unique de 3,5 millions de dollars américains.
« Pour contrebalancer le coût immense des essais thérapeutiques initiaux, plusieurs compagnies vendent leurs traitements à des prix très élevés, déplore Marina Cavazzana. Elles justifient les coûts en disant qu’à long terme, cela évite des traitements à vie et la perte de temps de travail qui va avec, ce qui coûte encore plus cher à la société. Malgré cet argument, de nombreux pays et systèmes de santé ne sont pas prêts à assumer seuls de tels montants. »
Le Québec a accepté de rembourser les thérapies permettant de fabriquer des CAR-T en 2019, le Zolgensma en 2021 et le Luxturna en 2022. Mais à la vitesse à laquelle progresse la science, est-ce que le portefeuille des gouvernements pourra suivre le même rythme que celui de l’espoir des malades ? C’est une crainte exprimée par la famille de Jacob. « On a eu droit au traitement, mais notre fils a une maladie à vie, explique Audrey Cueillierrier. On ne sait pas si les progrès de Jacob seront permanents. Si les choses changent, est-ce que le gouvernement remboursera une autre thérapie ? »
Malgré cet avenir incertain, la famille peut se réjouir de voir les progrès de Jacob alors que le bambin fait ses premiers pas dans la vie. Un geste simple, mais qui aurait été inespéré il y a quelques années.
Fabriquer des armes redoutables
Manipuler les gènes permet aussi de doter des cellules banales de superpouvoirs. C’est le concept de l’immunothérapie pratiquée au Centre de commercialisation en immunothérapie du cancer (C3i), à l’hôpital Maisonneuve-Rosemont. Baignant dans un milieu de culture à l’intérieur d’une sorte de cocon futuriste, des cellules immunitaires sont en attente d’une transformation digne des films de superhéros. Prélevés à peine quelques heures plus tôt chez un patient luttant contre un cancer du sang, ces lymphocytes T, des globules blancs, vont bientôt croiser une nuée de virus transportant l’information génétique qui les transformera en véritables machines à tuer des cellules cancéreuses. Ces cellules « CAR-T » seront réinjectées au patient quelques semaines plus tard par simple transfusion.
Marie-Pier Giard, responsable de Biomanufacture Senior au C3i, explique : « On prélève les cellules T dans le sang du malade et, après les avoir préparées à la procédure, on les expose à des lentivirus transportant un gène codant pour un récepteur reconnaissant spécifiquement les cellules cancéreuses. Ce récepteur passe par-dessus toute la machinerie cellulaire du globule blanc et le rend extrêmement efficace pour repérer, puis détruire sa cible. »
Ces cellules ont réussi à éliminer des leucémies et d’autres formes de cancers du sang là où de nombreux traitements de chimiothérapie avaient échoué. « C’est l’avenir du traitement contre les cancers, affirme Denis-Claude Roy, hémato-oncologue et scientifique en chef de C3i. D’ici quelques années on va décupler le nombre de patients traités par ces méthodes. On pense même pouvoir les utiliser à terme contre des tumeurs solides, tels des cancers du sein ou du poumon. »
Les CAR-T produites de cette façon ne conviennent toutefois pas à tous les malades. Dans certaines leucémies, les cellules cancéreuses sont du même type que les cellules CAR-T modifiées. Ces dernières risquent alors de détruire tant les cellules cancéreuses que leurs congénères thérapeutiques.
Cet obstacle a été surmonté en 2022 grâce à l’édition des bases (base editing), qui a permis à des médecins britanniques de créer des CAR-T nouveau genre, capables de détruire les cellules cancéreuses tout en épargnant les autres CAR-T. Grâce à elles, une adolescente de 13 ans, dont la leucémie avait jusque-là résisté à tous les traitements, est maintenant en rémission. Depuis ce succès, neuf autres personnes ont bénéficié du traitement dans le cadre d’une étude clinique.
