Molly Shoichet : Sauver des vies grâce à la science des matériaux

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Le laboratoire de l’Université de Toronto de Molly Shoichet travaille à l’identification de médicaments qui seront plus efficaces pour traiter le cancer, pour favoriser la réparation fonctionnelle des yeux pour restaurer la vision par la greffe de cellules et pour réduire la dépendance de la société aux opioïdes pour la douleur postopératoire.

Ces travaux ne ressemblent pas au genre de choses qu’un ingénieur chimiste pourrait faire, mais le fait de connaître le parcours de Mme Shoichet permet de mieux comprendre ses différentes missions.

Cette éminente chercheuse en génie tissulaire a commencé ses études postsecondaires en pensant qu’elle se dirigerait vers la médecine, mais après avoir obtenu une licence en chimie au Massachusetts Institute of Technology, elle a décidé de plutôt s’orienter vers des études de troisième cycle en sciences.

« Si j’ai poursuivi des études de doctorat en sciences et non en médecine, c’est parce que j’ai été inspirée par l’idée d’inventer l’avenir », explique la lauréate de la Médaille d’or Gerhard-Herzberg en sciences et en génie, la plus prestigieuse récompense canadienne pour la recherche en sciences et en génie. « Je suis vraiment motivée pour faire la différence et j’utilise les outils dont je dispose pour y parvenir. »

L’un de ces outils est son expertise dans la science des matériaux. Grâce à cela, son équipe de recherche du laboratoire a travaillé sur un moyen d’imiter la façon dont les cellules se développent chez les personnes. Pour ce faire, ils ont dû créer un matériau qui imite la façon dont les cellules se développent chez les humains et le faire en trois dimensions. Avec son équipe, elle a conçu une série de matériaux appelés hydrogels, des matériaux gonflés à l’eau ressemblant à du Jell-O, pour imiter l’environnement dans lequel les cellules cancéreuses se développent et pour ensuite rechercher de meilleurs médicaments pour traiter cette maladie mortelle.

« Nous voulions imiter les types de cellules cancéreuses très invasives », déclare-t-elle. « Quand on pense aux métastases, lorsque les cellules primaires se propagent dans toutes les différentes parties du corps, elles doivent envahir différents tissus pour y parvenir. Nous avions le sentiment de passer à côté de beaucoup de choses en criblant des médicaments facteurs de croissance de cellules dans des boîtes en plastique dur. »

Les recherches ont débuté par une question simple : « Pouvons-nous guider la croissance des cellules en trois dimensions? » Ils ont ensuite développé les outils permettant de répondre à cette question.

« C’est ainsi que nous avons commencé à nous concentrer sur le cancer et le criblage des médicaments », explique-t-elle. « Maintenant, ce que nous pouvons faire pour la première fois, c’est évaluer si un médicament est toxique pour les cellules et s’il aura des effets sur les propriétés invasives de ces cellules très envahissantes. »

La Médaille d’or Gerhard-Herzberg reconnaît l’innovation dont son équipe a fait preuve dans ses créations en science et génie des matériaux.

Au cours de ses recherches, elle a également découvert que d’autres hydrogels seront utiles dans le domaine de la médecine régénérative. Ses travaux en médecine régénérative mobilisent la moitié de son laboratoire, tandis que l’autre moitié se concentre sur le cancer.

« En médecine régénérative, nous essayons de favoriser la survie des cellules et de réellement surmonter et inverser la progression de la maladie », dit-elle. « Pour ce qui est de la cécité, en raison de la dégénérescence maculaire liée à l’âge, il y a deux types de cellules à l’arrière de nos yeux qui meurent et c’est ainsi que l’on commence à perdre la vue. »

Dans un effort pour restaurer la vision perdue, l’équipe de Mme Shoichet a travaillé à la transplantation des cellules qui meurent. Pour ce faire, ils les introduisent dans un autre hydrogel qu’ils ont inventé.

« Dans les deux cas [cancer et dégénérescence maculaire], les hydrogels créent un environnement dans lequel les cellules survivront », explique Mme Shoichet. « Pour le cancer, nous ne tuons pas les cellules avec notre hydrogel, nous les tuons avec les médicaments. Dans l’application à la rétine, nous avons conçu divers hydrogels qui servent de véhicule pour la livraison des cellules et nous pouvons incorporer des protéines pro-survie supplémentaires dans l’hydrogel qui en font un véhicule encore plus efficace. » 

Mme Shoichet est titulaire d’une chaire de recherche du Canada de niveau 1 en génie tissulaire et est professeure de génie chimique et chimie appliquée et de génie biomédical à l’Université de Toronto.

« Nos innovations sont toutes dans le domaine de la chimie et de l’ingénierie, et notre motivation est de répondre à des questions en biologie et de résoudre des problèmes en médecine », dit-elle. « Il faut comprendre suffisamment la biologie et la médecine pour pouvoir développer des solutions d’ingénierie utiles. »

Son laboratoire a publié des centaines d’articles et détient 40 brevets en science des matériaux. Quatre entreprises ont émergé de son laboratoire, la plus récente étant AmacaThera. Elle commercialise l’hydrogel que le laboratoire de Shoichet a inventé pour l’administration de cellules et de médicaments afin de trouver un moyen de traiter la douleur postopératoire.

« Chez AmacaThera, nous reformulons les analgésiques pour que leurs effets durent plus longtemps », explique-t-elle. « Nous espérons ainsi mettre un terme à la crise des opiacés, car beaucoup de personnes sont renvoyées chez elles après une opération avec une ordonnance pour des opiacés. » En prolongeant l’efficacité de ces médicaments puissants sans opiacés pendant deux ou trois jours, nous permettrons aux patients de passer ce seuil clé, réduisant ainsi leur besoin d’opiacés. »

Mme Shoichet utilise les ressources de la fédération Calcul Canada pour ses recherches et affirme qu’elle ne pourrait pas faire fonctionner son laboratoire sans elles.

« Dans l’une de nos études sur le cancer dans des hydrogels de culture cellulaire 3D, nous avons fait une analyse génétique des cellules situées en surface et des cellules situées en profondeur dans l’hydrogel », dit-elle. « Nous avons fini par générer une énorme quantité de données, puis par utiliser des outils de calcul et, grâce à l’Université de Toronto, nous avons eu accès à des superordinateurs qui nous ont permis de faire cette analyse et de chercher comment les gènes différaient entre les cellules qui envahissent et celles qui restent en surface. »

En plus de diriger son laboratoire et d’enseigner, Mme Shoichet est également engagée dans la vulgarisation scientifique et l’engagement à l’égard des sciences. Pour mettre en lumière les scientifiques de classe mondiale, elle a créé un site Web appelé Research2Reality, en collaboration avec le producteur de longs métrages Mike MacMillan. « Nous voulions profiter du pouvoir du cinéma pour raconter des histoires liées à la recherche », dit-elle. « Ce projet a été une grande réussite et a représenté un travail colossal. »

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