Le Docteur Christopher A. Rice est professeur adjoint de parasitologie et chercheur principal du Rice Research Group au sein du département de pathobiologie comparée de l’université Purdue. Les recherches de son équipe se concentrent sur trois amibes libres – Acanthamoeba, Balamuthia mandrillaris et Naegleria fowleri – qui provoquent des infections dévastatrices telles que la kératite amibienne (KA), l’encéphalite amibienne granulomateuse (EAG), l’encéphalite amibienne Balamuthia (BAE) et la méningo-encéphalite amibienne primitive (MEAP).1 Ces maladies sont souvent mal diagnostiquées, évoluent rapidement et ont des taux de mortalité supérieurs à 90 %. Seule une poignée de survivants ont été recensés dans le monde, malgré une intervention clinique agressive.2

Malgré leur gravité, la recherche de nouveaux traitements a historiquement toujours été limitée. Depuis la création de son laboratoire à Purdue en 2022, Chris a développé un pipeline de découverte de médicaments hautement standardisé pour combler cette lacune, en criblant des centaines de milliers de composés afin d’identifier des thérapies plus sûres et plus efficaces que les traitements actuels..1 « Avant de créer mon propre laboratoire, j’avais criblé près d’un demi-million de composés sur près de 10 ans, explique Chris. Depuis 2023, nous avons criblé environ un demi-million de composés en seulement deux ans. Ce niveau de débit ne serait tout simplement pas possible sans l’automatisation ».

Criblage de médicaments reproductible

L’un des principaux défis de la découverte de médicaments dans le milieu académique est d’obtenir des résultats fiables et comparables lorsque l’on travaille avec de grandes bibliothèques de composés, différentes espèces parasitaires et des montages expérimentaux complexes.
Chris explique : « Nous utilisons les mêmes tests de criblage à haut débit pour les trois espèces d’amibes, ce qui permet de comparer directement la façon dont chaque espèce, génotype et souche répond à différents composés et stratégies thérapeutiques. Cela nous aide à identifier à la fois des médicaments anti-amibiens à large spectre et des médicaments candidats efficaces contre des parasites spécifiques. Cela nous permet également d’évaluer si la résistance aux médicaments circule ou émerge ».

Pour y parvenir, le laboratoire prépare de grands lots de plaques d’essai identiques – chacune contenant des panels d’environ 20 composés médicamenteux candidats à des concentrations fixes – en utilisant la distribution acoustique par NanoDrop au Purdue Institute for Drug Discovery. Ces plaques sont ensuite chargées sur le module de stockage WELLJET, qui permet de préparer automatiquement jusqu’à 50 plaques à la fois, tout en assurant une distribution régulière des réactifs dans les formats 96 et 384 puits. Les essais de criblage sont ensuite réalisés en trois exemplaires, en utilisant les mêmes lots de médicaments, les mêmes concentrations et les mêmes protocoles d’une expérience à l’autre, afin de réduire la variabilité entre les essais et de générer des ensembles de données directement comparables.

Ce niveau de standardisation a été essentiel pour permettre au laboratoire de créer une base de données centralisée sur l’activité des médicaments – connue sous le nom de projet RADAR – qui est conçue pour suivre les schémas de sensibilité et mettre les amibes « sur le radar des gens ». La base de données comprend des souches de parasites provenant à la fois de cas cliniques et de l’environnement, et les premiers résultats suggèrent que certaines souches présentent déjà un phénotype plus résistant que d’autres échantillons de la base. Cela souligne l’importance d’un criblage standardisé à grande échelle pour identifier les résistances émergentes et les défis futurs en matière de traitement. Le laboratoire peut distinguer les différences biologiques réelles de la variabilité expérimentale en appliquant les mêmes flux de travail automatisés de manipulation des liquides à tous les criblages. « Les différences d’un lot à l’autre, la pureté du fournisseur et la manipulation manuelle peuvent toutes influencer les résultats, note Chris. L’automatisation nous permet de normaliser ces variables afin d’accélérer l’acquisition et l’analyse des données et de nous concentrer sur la biologie. »

Automatisation compacte pour les flux de travail des laboratoires de biosécurité

Le travail avec des organismes pathogènes impose des contraintes supplémentaires à l’automatisation des laboratoires. Tous les criblages d’amibes au laboratoire sont effectués dans des environnements avec un niveau de biosécurité 2 (L2), où l’espace est limité. Le faible encombrement du WELLJET permet de l’installer à l’intérieur d’une hotte de biosécurité de 1,80 mètre, n’occupant qu’une fraction de l’espace de travail disponible tout en laissant de la place aux chercheurs pour travailler efficacement.

« L’encombrement était un critère important pour nous lors du choix de l’équipement. Le WELLJET s’intègre facilement dans une hotte L2 et le système de stockage nous permet de traiter plusieurs plaques en une seule fois. C’est un avantage majeur par rapport aux systèmes qui ne traitent que quelques plaques à la fois. Il est également très facile à programmer. Cela fait une grande différence quand il s’agit de former de nouvelles personnes dans le laboratoire et pour l’exécution de flux de travail standardisés au jour le jour ».

Outre le WELLJET, le laboratoire utilise la pipette MINI 96 pour effectuer rapidement des transferts de plaque à plaque, cloner des plaques de médicaments et distribuer les parasites dans les plaques d’essai. Ensemble, ces systèmes permettent un flux de travail flexible et évolutif qui réduit le pipetage manuel, minimise le risque de contamination croisée et protège les chercheurs contre les microtraumatismes répétés.

Accélérer les progrès de la recherche sur les maladies négligées

Des outils compacts et économiques comme le WELLJET et la MINI 96 aident les laboratoires universitaires à adopter des flux de travail standardisés et à haut débit qui n’étaient traditionnellement accessibles qu’aux laboratoires industriels de découverte de médicaments. Ce faisant, ils soutiennent les chercheurs qui travaillent sur les maladies rares et négligées, accélérant ainsi les progrès là où ils sont le plus nécessaires. « L’efficacité de l’automatisation peut contribuer à faire avancer la recherche sur des maladies qui, historiquement, n’ont reçu qu’une attention limitée. Notre objectif est d’améliorer les résultats pour les patients atteints de KA et de donner une chance de survie aux personnes touchées par ces infections cérébrales, déclare Chris. Si nous pouvons mettre au point des médicaments plus sûrs et plus sélectifs, et comprendre plus tôt les schémas de résistance, nous pourrons contribuer à modifier l’issue de maladies qui sont actuellement presque toujours fatales ».

Références

1. Rice CA, et al. Discovery of repurposing drug candidates for the treatment of diseases caused by pathogenic free-living amoebae. PLOS Neglected Tropical Diseases. 2020 ;14(9):e0008353. doi : 10.1371/journal.pntd.0008353
2. Haston, JC and Cope, JR. Amebic encephalitis and meningoencephalitis: an update on epidemiology, diagnostic methods, and treatment. Current Opinion in Infectious Diseases. 2023 ; 36(3):186-191.doi : 10.1097/QCO.0000000000000923