La photosynthèse détournée pour... soulager la sécheresse oculaire

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Avec la photosynthèse, les plantes ont développé au cours de l’évolution un mode de production d’énergie qui fait rêver, tant cette source semble quasi gratuite. De fait, de la chlorophylle (un pigment vert), du dioxyde de carbone, de la lumière et de l’eau suffisent pour produire de l’énergie (sous forme de glucides) et de l’oxygène. Des équipes de chercheurs travaillent à produire de l’électricité ou des carburants en utilisant des dispositifs photosynthétiques, mais les rendements sont encore loin d’être satisfaisants. Une autre voie de recherche s’inspire de la photosymbiose, par laquelle des animaux exploitent ce mécanisme végétal, à l’image de certains coraux, d’anémones ou de limaces de mer (sacoglosses). Ces dernières profitent de l’énergie produite par des algues via la photosynthèse, en incorporant leurs chloroplastes – les organites des cellules végétales qui captent la lumière – à leurs propres tissus. Elles survivent ainsi des mois sans manger. Kuoran Xing, de l’université nationale de Singapour, et ses collègues ont exploré une piste astucieuse de photosymbiose artificielle, en détournant le mécanisme à des fins thérapeutiques : soigner une pathologie inflammatoire, la sécheresse oculaire, en produisant les métabolites, c’est-à-dire les composés organiques intermédiaires, de la photosynthèse in situ, dans les yeux, des organes naturellement exposés à la lumière.

Cette inflammation de l’œil, qui touche 1,5 milliard de personnes dans le monde, est liée au stress oxydant provoqué notamment par l’accumulation de molécules réactives à l’oxygène (ROS, pour reactive oxygen species) à sa surface. Cette agression des constituants cellulaires peut être apaisée par des molécules antioxydantes. Or, le NADPH, un acteur crucial de la photosynthèse, a des propriétés antioxydantes. Cette molécule est, en outre, capable d’activer d’autres antioxydants majeurs dans les cellules de l’œil.

Les chercheurs ont utilisé des épinards (Spinacia oleracea) du commerce dont ils ont « gratté » la surface des feuilles pour récupérer des chloroplastes. Il n’est cependant pas possible d’injecter directement les chloroplastes dans les yeux pour neutraliser les ROS grâce au NADPH. L’équipe a donc isolé une des parties clés de la machinerie photosynthétique de ces organites, les thylakoïdes, en récupérant les complexes protéiques et les pigments (la chlorophylle) qu’ils contiennent et qui sont nécessaires au captage de la lumière. Ce faisant, les chercheurs ont préservé l’intégralité du mécanisme photosynthétique, notamment la chaîne de transport d’électrons.

Ils ont ensuite encapsulé les thylakoïdes dans un tensioactif, une substance capable de solubiliser deux phases non miscibles. Ils ont ainsi produit des gouttes dont les composants photosynthétiques sont comme dans des bulles de savon. « Le produit tensioactif est la clé de leur réussite, salue Baptiste Genot, chercheur à l’université de Tokyo qui a lui-même participé à des études de photosymbiose artificielle : ils ont trouvé le moyen de conserver les thylakoïdes dans un système à la fois protecteur et stable, mais qui va être libéré et rester actif dans les cellules animales. C’est un travail minutieux qui a dû prendre du temps. »

La suite est une accumulation impressionnante de données expérimentales : Kuoran Xing et ses collègues ont testé leurs gouttes sur des lignées de cellules de cornée de souris puis humaine. Dans les boîtes de Petri, les cellules ont rapidement intériorisé les particules photosynthétiques. Avec seulement quelques nanogrammes de gouttes, sous l’action de la lumière, la concentration en NADPH a augmenté et celle en ROS diminué en quelques minutes. Et l’effet a perduré plusieurs heures. Quant à l’expression des gènes des cellules de l’œil : elle a diminué pour ceux liés à l’inflammation et augmenté pour ceux qui la combattent.

Les chercheurs ont retrouvé le même effet rapide sur des souris chez qui ils avaient déclenché une sécheresse oculaire. Ils ont montré que le NADPH activait en cascade le mécanisme de détoxification des ROS, ainsi que d’autres molécules antioxydantes. Par ailleurs, la production de larmes et l’épaisseur de la cornée augmentaient.

Ils ont également mené un premier essai thérapeutique sur des larmes prélevées de patients souffrant de sécheresse oculaire (donc chargées en ROS) et de patients sains : après y avoir incubé leurs gouttes, ils ont constaté le même effet anti-inflammatoire. Ils ont également vérifié la reproductibilité de leur préparation et sa conservation (deux semaines à température ambiante, un an à – 80 °C). L’étape suivante consistera en un essai clinique et des tentatives de transplantations dans d’autres tissus que la cornée, ce qui suppose d’étudier la toxicité et l’efficacité à long terme du traitement.

« La démarche, qui reste académique à ce stade, est originale, l’étude est convaincante et les données solides, juge Baptiste Genot. Ces travaux ouvrent une nouvelle fenêtre d’applications possibles de la photosymbiose artificielle. » Le chercheur pointe aussi l’universalité du NADPH : « On découvre que cette molécule du métabolisme énergétique est universelle, la même dans le règne végétal ou animal, et quelle que soit sa source de production ! »