High-Throughput Screening Identifies Novel Antileishmanial Scaffolds and Reveals Cross-Species Activity of Structurally Diverse Compounds

La leishmaniose est une maladie causée par des parasites microscopiques qui vivent à l'intérieur des cellules des mammifères, y compris les humains. Ces parasites sont transportés par les phlébotomes, et lorsque les mouches piquent, elles injectent les parasites dans la circulation sanguine. Une fois à l'intérieur d'une personne, les parasites se cachent dans les cellules immunitaires appelées macrophages, qui combattent normalement l'infection. Au lieu d'être détruits, les parasites transforment ces cellules en refuges sûrs où ils se multiplient. Cette maladie provoque une large gamme de souffrances, allant de plaies cutanées douloureuses pouvant laisser des cicatrices permanentes à une forme grave qui attaque les organes internes et peut être mortelle si elle n'est pas traitée. Actuellement, les médecins disposent de très peu de médicaments pour la traiter, et ceux qu'ils possèdent ont souvent des effets secondaires graves, mettent longtemps à agir ou deviennent moins efficaces à mesure que les parasites apprennent à y résister. Parce que les parasites se cachent si bien à l'intérieur des cellules humaines, trouver de nouveaux traitements revient à chercher une aiguille dans une botte de foin ; un médicament doit être assez puissant pour tuer le parasite sans nuire à la cellule humaine dans laquelle il se cache.

Pour trouver de nouvelles solutions, une équipe de chercheurs de l'Université de Notre Dame et de l'Université de Kean s'est tournée vers une méthode appelée criblage à haut débit. Imaginez une bibliothèque contenant des milliers de composés chimiques différents, chacun ayant une forme et une structure uniques. Les chercheurs ont testé une vaste collection de ces produits chimiques pour voir lesquels pouvaient arrêter la croissance des parasites. Ils ne cherchaient pas seulement n'importe quel produit chimique capable de tuer le parasite ; ils cherchaient spécifiquement ceux qui pouvaient tuer le parasite tout en laissant les cellules humaines indemnes. Ce processus est crucial car un médicament qui tue le parasite mais qui tue aussi le patient n'est pas un remède. L'équipe s'est concentrée sur deux groupes spécifiques de produits chimiques qui semblaient prometteurs lors de tests précédents, ainsi que sur quelques composés uniques et singuliers qui se distinguaient du reste.

Les chercheurs ont testé ces produits chimiques contre les parasites à différents stades de leur cycle de vie. Certains tests utilisaient la forme de parasite nageant librement, tandis que d'autres utilisaient la forme qui se cache à l'intérieur des cellules humaines, ce qui est l'étape qui provoque la maladie chez les personnes. Ils ont également vérifié la toxicité de ces produits chimiques pour les cellules humaines cultivées en laboratoire. À partir de ce grand groupe, ils ont identifié deux structures chimiques principales qui se sont démarquées comme les candidats les plus prometteurs. Une structure, appelée 1,4-diaryl-pyrazolo-pyridinone, et une autre appelée pyrazolo-triazine, ont toutes deux montré la capacité de tuer les parasites efficacement. La meilleure version de la première structure a tué les parasites cachés à l'intérieur des cellules humaines à une très faible concentration, tandis que la meilleure version de la seconde a fait de même, et les deux étaient sans danger pour les cellules humaines à ces niveaux.

Cependant, trouver un produit chimique qui fonctionne dans une boîte de Pétri n'est que la première étape. Les chercheurs devaient savoir si ces produits chimiques se comporteraient bien à l'intérieur d'un organisme vivant. Ils ont mené une série de tests pour voir comment le corps traiterait ces médicaments, par exemple la rapidité avec laquelle le foie les décomposerait ou leur capacité à se dissoudre dans l'eau. Les deux principaux produits chimiques se sont comportés de manière très différente. L'un se dissolvait facilement dans l'eau mais était rapidement décomposé par les cellules du foie, suggérant qu'il pourrait nécessiter des modifications pour rester plus longtemps dans l'organisme. L'autre était très stable et resterait probablement longtemps dans le corps, mais ne se dissolvait pas aussi bien dans l'eau, ce qui pourrait rendre son administration plus difficile. Ces différences ont montré que, bien que les deux soient de bons points de départ, ils nécessiteraient des types d'améliorations différents pour devenir de vrais médicaments.

Pour voir si ces produits chimiques pouvaient être encore améliorés, les chercheurs ont créé des dizaines de nouvelles versions, ou analogues, des deux structures principales. Ils ont apporté de petites modifications à la forme des molécules, comme remplacer une seule pièce de la structure, pour voir comment cela affectait leur capacité à tuer le parasite. Pour la première structure, plusieurs des nouvelles versions fonctionnaient encore mieux que l'originale, tuant les parasites à l'intérieur des cellules humaines plus efficacement tout en restant sûres pour les cellules. Pour la seconde structure, certaines nouvelles versions sont devenues incroyablement puissantes, tuant les parasites à de très faibles niveaux, bien que quelques-unes de ces versions fortes soient également devenues légèrement plus toxiques pour les cellules humaines. Ce processus a prouvé que les deux structures chimiques pouvaient être ajustées pour améliorer leurs performances.

L'équipe voulait également savoir si ces produits chimiques fonctionneraient contre différents types de parasites qui causent la maladie dans différentes parties du monde. Ils ont testé les principaux produits chimiques contre trois espèces différentes de parasites. Les résultats ont montré que, bien que les produits chimiques fonctionnent contre les trois, ils n'étaient pas également puissants contre chacune d'elles. Certains fonctionnaient très bien contre une espèce mais étaient plus faibles contre une autre. Cette découverte est importante car elle suggère qu'un médicament développé pour un type de parasite pourrait ne pas fonctionner parfaitement pour un autre, et que les chercheurs doivent tester leurs candidats contre les types spécifiques de parasites présents dans différentes régions. Ils ont également testé les produits chimiques contre un autre parasite qui cause une maladie apparentée, mais ont constaté que les produits chimiques étaient beaucoup moins efficaces contre celui-ci, indiquant que ces nouveaux médicaments sont probablement spécifiques aux parasites qui causent la leishmaniose.

L'étude a conclu que ces deux structures chimiques sont d'excellents points de départ pour le développement de nouveaux médicaments. Les chercheurs n'ont pas prétendu avoir trouvé un remède, mais plutôt une base solide sur laquelle construire. Ils ont montré qu'en testant soigneusement la façon dont ces produits chimiques se comportent dans différentes conditions et en apportant de petites modifications précises à leur structure, il est possible de créer des composés qui sont à la fois puissants contre le parasite et sûrs pour le patient. Ce travail souligne l'importance de tester les médicaments contre la forme spécifique du parasite qui vit à l'intérieur des cellules humaines et contre les différentes espèces qui causent la maladie à travers le monde. En suivant ce chemin méticuleux de test et de raffinement, les chercheurs ont fourni une direction claire pour les travaux futurs qui pourraient éventuellement mener à des traitements plus sûrs et plus efficaces pour des millions de personnes souffrant de cette maladie négligée.