E. Intérêts de l’étude des GAG
2. Industrie des GAG et PG dans la Santé
a) L’industrie de l’héparine
Sur le marché du médicament, plusieurs préparations à base d’héparine appartenant à différents groupes pharmaceutiques sont en concurrence. On peut séparer l’héparine non- fractionnée (UFH) des héparines à faible poids moléculaire (LMWH) où on retrouve principalement le dalteparine (Fragmine® par Pfizer Inc.), le tinzaparine (Innohep® par Leo pharmaceutical company) et l’enoxaparine (Lovenox® par Sanofi). Ce dernier est le plus vendu des LMWH et même de tous les anticoagulants disponibles sur le marché en 2008 (Melnikova 2009), comprenant d’autres molécules comme les warfarines (antagonistes de la vitamine K impliquée dans l’activation de protéines clés dans la coagulation), et d’autres antagonistes des protéines hémostatiques. Les LMWH représentaient un marché de 4,5 milliards de dollars (américains) en 2008 mais tend à décliner avec le développement d’antagonistes dans la voie de coagulation présentant moins d’effets secondaires (comme des thrombocytopénies) et/ou étant plus facile à administrer (e.g par voie orale) (Figure 36). Selon l’Intercontinental Marketing Services
Health (IMS Health), institut américain reconnu pour
leurs études des médicaments, l’enoxaparine au dernier
trimestre 2013 est le 37e médicament le plus vendu, représentant environ 1,4 milliard de
dollars de vente annuelle pour quasiment 17 millions d’unités.
Aujourd’hui, la source mondiale d’héparine comme médicament est exclusivement issue d’intestin de porc des chaines agro-alimentaires. L’héparine de source bovine est utilisée dans la Recherche académique mais ne fait plus partie des préparations médicamenteuses à cause de contaminants potentiels pathogènes pour l'Homme. Ainsi, depuis la crise de « la
Figure 36 : Marché mondial de l’anticoagulant en 2008 (haut) et prévisions pour 2014. DTI : inhibiteur direct de la thrombine. D’après
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vache folle » en 1996, les héparines d'origine bovine sont interdites en Europe et en Amérique en raison de la présence potentielle de prions responsables d’encéphalopathies spongiformes bovines. La Chine est le principal producteur d’héparine avec quasiment la moitié de la production mondiale qui est autour des 100 tonnes (Linhardt & Liu 2012). En 2008, des lots frelatés d’héparine ont été découverts causant la mort de plus de 80 personnes et de plus de 700 rapports d’accidents : c’est le scandale de l’OSCS (pour oversulfated chondroitin sulfate).
b) Le scandale de l’OSCS (oversulfated chondroitin sulfate)
Entre 2007 et 2008, la prise d’héparine de certains lots a engendré des effets secondaires tels qu’une baisse de la tension artérielle, des nausées et vomissements, des troubles respiratoires… a reporté la Food and Drug Administration (FDA). Les lots ont été retirés du marché et analysés parallèlement en laboratoire. C’est en mars 2008 que la structure du contaminant est découverte : il s’agit de chondroïtine sulfate « sursulfatée » (OSCS). Les investigations remontent à la source de la contamination basée en Chine dans la société pharmaceutique étatsunienne Scientific Protein Laboratories. Cette société fournit l’héparine non-fractionnée (UFH) à d’autres compagnies qui préparent leur LMWH à partir de celle-ci. Cependant, au cours du processus de fragmentation et dépolymérisation de l’UFH, l’OSCS ne réagit pas de la même manière aux traitements, voire y est insensible (Figure 37). Ainsi malgré les différentes étapes de production, l’OSCS est toujours présent en fin de procédé, et selon les lots, a pu représenter jusqu’à 60% de la masse du médicament.
La question de l’origine de cet OSCS a alors été posée, d’autant plus que les mammifères ne synthétisent pas d’OSCS. Ce GAG est retrouvé chez certains mollusques et organismes marins et son extraction, ou sa synthèse à partir de CS est bien moins onéreuse que l’héparine. De plus, il existe une production d’OSCS qui est utilisée comme nutraceutique contre l’arthrose. Il est donc apparu clairement pour la FDA que cette contrefaçon d’héparine est intentionnelle et avait pour but de vendre autant (en masse) « d’UFH » (coupée à l’OSCS) pour un coût de production final nettement moindre (Food and Drug Administration).
Figure 37 : Stabilités des contaminants au travers des différents procédés de préparation des LMWH. D’après
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Ces événements ont mis en lumière la nécessité de développer des méthodes d'analyse fines et systématiques des lots d'héparine destinés à la santé humaine. En effet, OSCS et Hp sont des molécules proches de par leur poids moléculaire, leur charge nette, et leur structure. Parmi les techniques utilisées, la résonance magnétique nucléaire (RMN) peut être une méthode d’analyse de choix car elle est rapide et fournit des informations à la fois qualitative et quantitative, permettant ainsi de distinguer des lots contaminés de lots purs (Figure 38) (Liu et al. 2009).
c) L’industrie de l’acide hyaluronique
L’industrie de l’acide hyaluronique, le GAG le plus simple de la famille, représente un secteur à haute valeur ajoutée car il trouve à la fois des applications dans le domaine pharmaceutique et en cosmétologie grâce à ses propriétés rhéologiques. Dans le domaine du Bien-Être, l’HA est utilisé dans les crèmes à visée antiride car il est censé restaurer/améliorer, en pénétrant dans la peau, les propriétés viscoélastiques du tissu perdues avec l’âge. La société Contipro® est l’un des fabricants leader d’HA dans le domaine de la Santé et du Bien- Être en dominant 30% du marché mondial de l’acide hyaluronique. Le marché de ce viscosupplément représentera 2,5 milliards de dollars à l’horizon 2017 selon le rapport du Groupe de Recherche Millenium (MRG). L’HA, bien que naturellement présent chez les
Figure 38 : Spectre RMN 1H et attribution de spectres d’héparine pur (A),
contaminé à l’OSCS (B) et d’OSCS pur (C). a : H1 GlcNS, GlcNS6S ; b : H1 IdoA2S ;
c : H1 IdoA ; d : H5 IdoA2S ; e : H1 GlcA ; f : H6 GlcNS6S ; g : H2 IdoA2S ; h : H6’
GlcNS6S ; i : H3 IdoA2S ; j : H4 IdoA2S ; k : H5 GlcNS6S ; l : H6 GlcNS ; m : H4 GlcNS6S ;
n : H3 GlcNS, GlcNS6S ; o : H2 GlcA ; p : H2 GlcNS6S ; q : CH3 des acétyles ; r : H4
GalNAc2S4S6S ; s : H3 GlcA2S3S ; t : H1 GlcA2S3S ; u : H1 GalNAc2S4S6S ; v : H2,4
GlcA2S3S ; w : H6 GalNAc2S4S6S ; x : H5 GlcA2S3S ; y : H2,3,5 GalNAc2S4S6S ; z :
CH3 des acétyles des GalNAc2S4S6S. Les pics avec des flèches rouges montrent des pics non-observés dans l’héparine.
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vertébrés, est principalement extrait de bactéries Streptococcus spp. (Yamada & Kawasaki 2005). Ces organismes synthétisent ce polymère pour s’encapsuler à l’intérieur afin d’éviter d’être reconnu par le système immunitaire de l’hôte (Wessels et al. 1991). L'HA bactérien est plus facile à produire en fermenteur et sa purification moins coûteuse qu'une extraction à partir de tissus animaux.
Les HA trouvent également d'autres applications dans le domaine de la médecine où ils représentent des molécules d’intérêt dans le développement de nouveaux traitements. Divers types d'HA de poids moléculaires différents sont utilisés :
-Les HA de haut poids moléculaires (HMWHA pour High Molecular Weight Hyaluronic Acid) (supérieurs à 500kDa) : utilisés dans les chirurgies et particulièrement celle de l’œil car ils facilitent le processus de cicatrisation. Ils sont utilisés aussi comme support dans les régénérations hépatiques, et comme nous l’avons vu précédemment, pour lutter contre l’arthrose (en injections intra-articulaires).
-Les HA de faible poids moléculaire (LMWHA pour Low Molecular Weight Hyaluronic Acid) (10- 500kDa), et oligosaccharides : induisant des phénomènes cellulaires différents, voire antagonistes au HA de haut poids moléculaire (Fuchs et al. 2013), peuvent trouver des applications dans les traitements anticancéreux. En effet, les LMWHA vont entrer en compétition avec les HMWHA pour se lier au CD44, la substitution des HMWHA par les LMWHA va rendre le réseau matriciel au niveau de la tumeur moins dense et les cellules malades vont donc être plus accessibles aux molécules thérapeutiques possiblement couplées aux HA (Luo & Prestwich 1999) (Misra et al. 2011). Toutefois, un effet secondaire indésiré lié à ce relâchement du réseau de la MEC est la favorisation de métastases en facilitant les migrations cellulaires (Kobayashi et al. 2002).
Les GAG forment donc une famille de molécules représentant un intérêt déjà démontré et toujours croissant pour subvenir aux besoins de l’Homme dans les domaines de la Santé et du Bien-Être. Nous avons pu voir jusque-là quelques implications et applications biologiques dans divers phénomènes physiologiques et pathologiques. Celles-ci reposent majoritairement sur leurs interactions avec la myriade de partenaires possibles. Une connaissance structurale de ces GAG est donc essentielle pour comprendre ces interactions in vivo et s’en servir pour concevoir les médicaments de demain. Dans la partie suivante, nous passerons en revue les principales méthodes d’analyse structurale et dynamique utilisées jusqu’à maintenant.