Des vésicules modifiées reprogramment le métabolisme des macrophages pour lutter contre l'inflammation chronique

L'inflammation chronique favorise la destruction tissulaire dans des maladies telles que la parodontite, en partie parce que les macrophages se retrouvent bloqués dans un état hyperactif pro-inflammatoire (M1) caractérisé par une glycolyse excessive et une phosphorylation oxydative mitochondriale (OXPHOS) altérée. Un commutateur métabolique essentiel est la pyruvate kinase M2 (PKM2) : sous sa forme tétramérique (Tet-PKM2), elle achemine les carbones dérivés du glucose vers le cycle TCA et l'OXPHOS, soutenant ainsi la fonction anti-inflammatoire (M2) des macrophages. Les chercheurs ont d'abord confirmé que la Tet-PKM2 est fortement sous-régulée dans le tissu gingival de patients atteints de parodontite par rapport à des donneurs sains, l'immunomicroscopie électronique et l'analyse métabolomique révélant une perturbation concomitante du métabolisme du pyruvate et une accumulation de métabolites pro-inflammatoires.

Afin de restaurer thérapeutiquement la Tet-PKM2, l'équipe a développé de grandes vésicules extracellulaires (LEVs) bioingénièrisées. Des cellules HEK293T surexprimant PKM2 ont été traitées avec le TEPP-46, un activateur allostérique de petite molécule qui stabilise la conformation tétramérique, permettant à la Tet-PKM2 d'être préférentiellement encapsulée dans les LEVs sécrétées par les cellules. Les LEVs enrichies en Tet-PKM2 ainsi obtenues ont ensuite été modifiées en surface avec de l'acide tannique (TA), un polyphénol d'origine végétale conférant une inversion de charge pH-dépendante : neutre à pH physiologique, mais capable de perturber les membranes lysosomales dans les conditions acides du lysosome, permettant ainsi la libération du contenu dans le cytoplasme.

Des expériences in vitro utilisant des macrophages activés par le LPS ont démontré que les LEVs^Tet-PKM2@TA surpassaient significativement les LEVs non modifiées en termes d'efficacité d'échappement lysosomal. Le traitement a restauré l'activité de la pyruvate kinase, réduit l'accumulation de lactate, rétabli le flux de métabolites du cycle TCA, élevé le potentiel de membrane mitochondrial, augmenté la production d'ATP et supprimé les cytokines pro-inflammatoires (TNF-α, IL-1β, IL-6), tout en renforçant les marqueurs anti-inflammatoires (IL-10, Arg-1). Le profilage métabolomique ciblé a confirmé un large déplacement de la glycolyse aérobie vers un métabolisme dépendant de l'OXPHOS.

Dans un modèle murin de parodontite induite par ligature, l'injection locale de LEVs^Tet-PKM2@TA a réduit la perte osseuse alvéolaire mesurée par micro-CT, favorisé la régénération du ligament parodontal et du cément en histologie, et orienté la population de macrophages tissulaires vers des phénotypes M2. Les évaluations de biosécurité des principaux organes n'ont révélé aucun effet indésirable, ce qui soutient le potentiel translationnels de cette plateforme.

Ces travaux établissent une preuve de concept pour la reprogrammation immunométabolique au niveau protéique à l'aide de vésicules extracellulaires bioingénièrisées, répondant au défi persistant de la dégradation lysosomale qui limite la délivrance thérapeutique basée sur les vésicules extracellulaires. L'approche se distingue par l'utilisation d'un modificateur de surface d'origine naturelle (l'acide tannique) et d'un modèle de maladie cliniquement pertinent, bien que la transposition à l'humain nécessite des études complémentaires de pharmacocinétique, de dosage et de sécurité.