Une nouvelle technologie protège l’authenticité des lignées cellulaires modifiées

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  • Les progrès de la biologie synthétique et de l’édition du génome ont conduit une industrie en pleine croissance à développer des lignées cellulaires personnalisées pour la recherche médicale. Cependant, ces lignées cellulaires modifiées peuvent être vulnérables aux erreurs d’identification, à la contamination croisée et à la réplication illégale.

    Une équipe de chercheurs de l’Université du Texas à Dallas a développé une méthode unique en son genre pour créer un identifiant unique pour chaque copie d’une lignée cellulaire afin de permettre aux utilisateurs de vérifier son authenticité et de protéger la propriété intellectuelle (IP) du fabricant. Les ingénieurs ont démontré la méthode dans une étude publiée en ligne le 4 mai et dans l’édition imprimée du 6 mai de Avancées scientifiques.

    La technologie en instance de brevet est le résultat d’une collaboration interdisciplinaire entre les membres du corps professoral de l’UT Dallas. Les co-auteurs correspondants de l’étude sont le Dr Leonidas Bleris, professeur de bio-ingénierie spécialisé en génie génétique, et le Dr Yiorgos Makris, professeur de génie électrique et informatique, expert en sécurité du matériel électronique.

    Les lignées cellulaires personnalisées sont utilisées dans le développement de vaccins et de thérapies ciblées pour une gamme de maladies. Le marché mondial de la culture cellulaire devrait atteindre 41,3 milliards de dollars d’ici 2026, contre 22,8 milliards de dollars en 2021, selon les prévisions de la société d’études de marché MarketsandMarkets.

    La recherche des ingénieurs de l’UT Dallas pour développer des identifiants uniques pour les cellules génétiquement modifiées s’est inspirée de ce que l’on appelle les fonctions physiquement non clonables (PUF) dans l’industrie électronique. Un PUF est une caractéristique physique qui peut servir d’« empreinte digitale » unique pour un dispositif semi-conducteur tel qu’un microprocesseur. Dans les semi-conducteurs, les PUF sont basés sur les variations naturelles qui se produisent au cours du processus de fabrication et doivent répondre à trois exigences : ils doivent avoir une empreinte unique, produire la même empreinte à chaque fois qu’ils sont mesurés et être pratiquement impossibles à reproduire.

    Pour appliquer ce concept aux cellules modifiées, les chercheurs ont développé un processus en deux étapes qui tire parti de la capacité d’une cellule à réparer l’ADN endommagé, composé de séquences de petites molécules appelées nucléotides.

    Tout d’abord, ils ont intégré une bibliothèque de codes à barres de cinq nucléotides dans une partie du génome de la cellule appelée sphère de sécurité, où la modification ne nuira pas à la cellule. Cependant, les codes à barres seuls ne satisfont pas aux trois propriétés des PUF. Dans la deuxième étape, les chercheurs ont utilisé l’outil d’édition de gènes CRISPR pour couper l’ADN à proximité du code-barres. Cette action oblige la cellule à réparer son ADN à l’aide de nucléotides aléatoires, un processus appelé réparation d’erreurs non homologues. Au cours de ce processus de réparation, la cellule insère naturellement de nouveaux nucléotides dans l’ADN et/ou en supprime d’autres – collectivement, ceux-ci sont appelés indels (insertions/délétions). Ces correctifs aléatoires, en combinaison avec les codes à barres, créent un modèle unique de nucléotides qui peut aider à distinguer la lignée cellulaire de toute autre.

    “La combinaison du codage à barres avec le processus de réparation des erreurs cellulaires intrinsèquement stochastique donne une empreinte digitale unique et non reproductible”, a déclaré Bleris, qui est également professeur Cecil H. et Ida Green en sciences de la biologie des systèmes.

    Cette première génération de PUF conçus par CRISPR permet aux chercheurs de confirmer que les cellules ont été produites par une entreprise ou un laboratoire donné, un processus appelé attestation de provenance. Avec d’autres recherches, les ingénieurs visent à développer une méthode pour suivre l’âge d’une copie spécifique d’une lignée cellulaire.

    “Les entreprises développant des lignées cellulaires font un énorme investissement”, a déclaré Bleris. “Nous avons besoin d’un moyen de différencier 1 000 exemplaires du même produit. Même si les produits sont identiques, chacun d’eux a un identifiant unique, qui ne peut pas être reproduit.”

    Makris a déclaré que l’activité de développement de cellules techniques est si nouvelle que les entreprises se concentrent sur la monétisation de leurs investissements plutôt que sur la sécurité et l’attestation de provenance. Il a déclaré que l’industrie des semi-conducteurs était la même au début jusqu’à ce que des incidents de contrefaçon et de falsification mettent en évidence la nécessité de mesures de sécurité.

    “Nous pensons que cette fois, nous pouvons peut-être être en avance sur la courbe et avoir cette capacité développée au moment où l’industrie se rend compte qu’elle en a besoin”, a déclaré Makris. “Il sera trop tard lorsqu’ils se rendront compte qu’ils ont été piratés et que quelqu’un a monétisé leur IP.”

    D’autres auteurs de l’étude incluent le Dr Yi Li, chercheur scientifique en bio-ingénierie; Mohammad Mahdi Bidmeshki PhD’18, ancien chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Makris ; Taek Kang, étudiant au doctorat en génie biomédical et boursier diplômé Eugene McDermott ; et Chance M. Nowak, étudiante diplômée en génie biologique.

    La recherche a été financée par la National Science Foundation, le programme de semences pour la recherche interdisciplinaire de l’UT Dallas Office of Research and Innovation, et l’initiative de collaboration TxACE, qui soutient les collaborations de chercheurs du Texas Analog Center of Excellence (TxACE) avec des non -Membres du corps professoral de TxACE.

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