Un test bioélectrique identifie les cibles thérapeutiques potentielles du COVID-19

Les hospitalisations liées au COVID-19 sont à nouveau en augmentation dans le monde. Les responsables de la santé citent de nombreuses raisons à cette tournure des événements, notamment le plateau de l’offre et de la demande de vaccins, l’émergence de nouvelles variantes virales et la pénurie de traitements efficaces contre la maladie. Les épidémiologistes prédisent que le virus du SRAS-CoV-2 deviendra endémique, comme le virus de la grippe, de sorte que le monde a besoin d’une stratégie à long terme pour gérer la maladie qu’il provoque. Toute stratégie inclura probablement la création de médicaments antiviraux sûrs et efficaces qui réduisent la gravité de la COVID-19.

Les virus sont notoirement difficiles à traiter car ils se cachent à l’intérieur d’une cellule hôte, et bien qu’un antibiotique pour les bactéries puisse cibler des processus biologiques courants, un virus n’exécute pas lui-même bon nombre de ces processus, mais s’appuie plutôt sur l’hôte. À l’intérieur de l’hôte, cependant, les coronavirus créent une cible potentielle qui peut être la clé pour arrêter leur réplication dans le corps : les organites de réplication. Les coronavirus se réorganisent et recrutent les membranes des cellules hôtes pour former ces organites, qui leur permettent de se reproduire. Des chercheurs ont trouvé qu’en ciblant ces organites de réplication, un médicament peut arrêter la réplication du coronavirus et réduire la gravité d’une infection. Mon groupe de la Georgia State University teste maintenant si ces organites sont une cible thérapeutique efficace pour l’infection par le SRAS-CoV-2. Nous évalué l’effet de diverses thérapies sur le comportement de destruction cellulaire (cytopathique) du SRAS-CoV-2 à l’aide d’un test bioélectronique.

Mesure de l’activité virale à l’aide d’un test bioélectronique basé sur l’impédance

Les tests bioélectroniques qui mesurent l’impédance électrique permettent aux chercheurs de surveiller la santé des cellules en temps réel, de manière non invasive. Le dosage utilise une plaque multipuits avec des électrodes intégrées au fond de chaque puits. Chaque puits envoie un signal électrique à travers ses électrodes, mesurant à quel point le contenu du puits entrave ou obstrue le signal. La santé et l’intégrité des cellules sont indiquées par le niveau d’impédance : l’impédance augmente lorsque les cellules s’attachent et grandissent, et diminue lorsque la membrane cellulaire se déstabilise, meurt et se détache.

Les tests bioélectroniques ne sont pas confrontés aux mêmes limitations que les techniques d’imagerie sur cellules vivantes. Pour visualiser les cellules, les chercheurs utilisent souvent des colorants ou des sondes qui peuvent altérer la biologie ou la viabilité des cellules. Ces marqueurs peuvent altérer les voies de signalisation, créer un bruit de fond qui réduit la sensibilité du test ou perturber directement les interactions testées. Les bioélectrodes ne nécessitent pas d’étiquettes ou de colorants ; au contraire, ils surveillent la santé des cellules sans perturber les cellules.

Comme ils ne nécessitent pas de réactifs supplémentaires ou d’étapes compliquées, les tests bioélectroniques sont simples à exécuter et se prêtent à des tests à plus haut débit. Les signaux électriques facilement quantifiables fournissent une mesure claire de la viabilité cellulaire, rendant l’analyse simple. En raison de ces avantages, nous avons utilisé un test bioélectronique pour évaluer l’ampleur et la cinétique de la mort cellulaire induite par le SRAS-CoV-2 en réponse à divers candidats thérapeutiques.

Validation du dosage bioélectronique

Nous avons d’abord examiné l’impact du SRAS-CoV-2 sur les cellules saines. Nous avons cultivé des cellules Vero E6 saines sur une plaque de dosage bioélectronique, puis ajouté le virus SARS-CoV-2 à différentes concentrations. Au fur et à mesure que le virus tuait les cellules, l’impédance diminuait, atteignant son minimum entre 32 et 72 heures après l’infection. Les concentrations les plus élevées de SARS-CoV-2 ont tué plus rapidement les cellules Vero, démontrant l’utilité de ce test pour surveiller l’effet cytopathique du SARS-CoV-2 sur une période de plusieurs jours.

Nous avons également examiné si notre test pouvait détecter un inhibiteur connu du SRAS-CoV-2, le remdesivir, pour réduire la mort cellulaire en réponse à l’infection. Notre essai a montré que le médicament inhibait la mort cellulaire à des concentrations similaires à celles identifiées à l’aide d’essais sur plaque.

Avec ce test validé, nous avons ensuite testé la capacité de nouveaux candidats médicaments à réduire l’impact du SRAS-CoV-2 sur les cellules saines dans une boîte.

Figure 1: (A) Nous nous moquons des cellules Vero E6 infectées ou infectées avec le SRAS-CoV-2 dans des dilutions de 10 fois allant de 10 à 0,0001 (particules virales: cellules) et avons mesuré la résistance toutes les minutes pendant 72 heures. Les lignes pleines indiquent la moyenne et les lignes pointillées indiquent l’erreur standard de trois répétitions. (B) Nous avons calculé le délai médian de décès sur la base des données brutes de résistance pour chaque concentration de virus. (C) Nous avons titré le remdesivir dans des dilutions de 6 fois allant de 50 à 0,006 µM. Nous avons infecté nos cellules à une concentration de 0,01:1 et surveillé la résistance pendant 48 heures. (D) Nous avons mesuré le pourcentage d’inhibition pour le remdesivir à diverses concentrations (cercles pleins) sur la base des données du point de temps de 48 h. Crédit : Williams et al., 2021, Rapports de cellule 36, 109479.

Tester de nouveaux composés contre le SRAS-CoV-2

Étant donné que le SRAS-CoV-2 recrute les membranes des cellules hôtes pour former des organites de réplication, nous avons testé des composés qui ciblent les processus impliqués dans la biologie des membranes cellulaires et le métabolisme des acides gras. Les premiers composés que nous avons testés étaient des inhibiteurs de VPS34, une kinase qui s’est avérée être impliquée dans la réplication d’autres virus, notamment l’hépatite C et le tombusvirus.

Nous avons appliqué deux inhibiteurs de VPS34, VPS34-IN1 et PIK-III, aux puits de notre plaque à dix concentrations différentes et mesuré l’impédance toutes les minutes pendant 72 heures. À leurs deux concentrations les plus élevées, les deux composés étaient toxiques, provoquant une mort cellulaire rapide dans les 20 premières heures. À des concentrations plus faibles, cependant, les deux composés ont inhibé les effets cytotoxiques du virus d’une manière dose-dépendante.

Le test des inhibiteurs du métabolisme des acides gras, l’orlistat et la triacsine C, en utilisant le même dosage, a révélé que ces composés empêchaient également la mort cellulaire induite par le virus. Nous n’avons pas observé d’effets toxiques à des concentrations plus élevées comme cela a été observé avec les inhibiteurs de VPS34.

Dans l’ensemble, ces résultats indiquent de nouveaux mécanismes cibles pour le développement thérapeutique contre le virus SARS-CoV-2.

Autres utilisations des tests bioélectroniques

Bien que ces expériences aient exploré de nouvelles cibles antivirales potentielles pour le SRAS-CoV-2, il est important de noter que ces tests bioélectroniques se prêtent à plusieurs autres applications virologiques courantes. Par exemple, des tests bioélectroniques peuvent être utilisés pour les titres viraux, pour cribler l’aptitude des variantes virales et pour détecter la présence et l’efficacité d’anticorps neutralisants.

Les tests bioélectroniques étendent notre capacité à étudier rapidement les interactions entre les cellules, les virus et les produits thérapeutiques en temps réel sur plusieurs jours, dans une seule plaque, sans interférence par des étiquettes ou des étiquettes. À l’avenir, nous espérons que nos découvertes conduiront à des traitements plus efficaces pour le COVID-19 et des maladies similaires afin de réduire leur impact sur le monde et de nous aider à revenir à la normale.