Dr Hyo-Jick Choi

Professeur adjoint, Département de chimie et ingénierie des matériaux-Université de l’Alberta, Edmonton
Le chercheur du mois: 
Jun 2017

Le génie biologique et le combat durable contre les pandémies

« J’ai envie de redonner à notre société, notre communauté, notre pays, dit le Dr Hyo-Jick Choi. Ce serait par mon travail. C’est mon point fort. Et je pourrais contribuer à améliorer certaines situations dans le monde. »

Choi, professeur adjoint au département de chimie et d’ingénierie des matériaux`à l’université de l’Alberta, à Edmonton, ne fait pas que « redonner » au Canada. Sa recherche révolutionnaire sur les technologies en génie biologique promet de changer la façon dont les humains pourront réagir face aux pandémies.

Son oeuvre marie la biologie à l’ingénierie dans la recherche de solutions concrètes en mesure de soutenir le combat de l’humanité contre les pathogènes mortels qui nous assaillent à l’échelle pandémique.

Transformer le masque chirurgical en exterminateur pandémique

Choi a inventé une façon de transformer un simple masque chirurgical en exterminateur de virus. Par ailleurs, il travaille à développer un vaccin oral solide, comestible, pour immuniser les populations vite et efficacement pendant que l’éclosion virale sévit.

À cause de nos limitations techniques actuelles, les scientifiques sont incapables d’identifier la lignée virale attaquante lorsque se produit une pandémie. Ce n’est qu’après l’éclosion qu’ils peuvent tuer les pathogènes et analyser leur structure – durant ce processus, beaucoup de temps s’est écoulé...

Il faut plusieurs mois pour développer un vaccin et le distribuer, explique Choi. Par contre, un pathogène en suspension – comme l’influenza, le SRAS ou le MERS – peut se répandre dans un pays en quelques semaines.

«  C’est pourquoi les mesures de protection personnelle sont absolument indispensables, dit Choi. Il faut nous mettre en garde durant cette période où il n’existe aucun vaccin. »

C’est la raison pour laquelle l’Organisation mondiale de la Santé (OMS) et autres agences nationales de protection de la santé souhaitent l’utilisation de munitions non pharmacologiques pour prévenir l’éclosion fulgurante de pathogènes non identifiés.

Lorsque une éclosion se produit, nombreux sont les gens qui vont porter un masque chirurgical ou un masque de protection respiratoire N° 9, mais en fait, ces masques ne tuent pas les virus, et n’ont d’effet que pour un usage à la fois.

Choi a trouvé une façon bien sophistiquée de rendre le masque chirurgical plus fonctionnel avec l’application d’une couche de chlorure de sodium – des cristaux de sel ordinaire – pour séquestrer et tuer les virus.

De minuscules gouttelettes d’eau de moins de 5 µm transportent les pathogènes en suspension, explique-t-il. Quand un nodule d’eau infecté arrive sur une membrane filtrée de sel, il dissout le sel. Quand l’eau s’évapore, les cristaux de sel se reforment. Le processus de recristallisation détruit le virus.

« Nous pouvons réutiliser le masque, dit Choi, et il n’y a aucun risque de contamination croisée, ce qui demeure un défi technique majeur dans la mise au point de mesures protectrices personnelles contre les pathogènes en suspension. »

Durant sa recherche postdoctorale au Georgia Institue of Technology (Georgia Tech), Choi a étudié la mise au point de micros vaccins efficaces en compositions solides. Le sucre est une composante majeure des compositions solides.

« Nous avons incorporé un vaccin dans du sucre auquel on a ajouté d’autres composantes, et puis nous l’avons déshydraté. Le grand problème technique du processus de séchage concerne les sucres. »

Le sucre forme des cristaux qui détruisent les composantes virales du vaccin, le rendant inefficace. C’est pourquoi la mise au point de vaccins solides est si difficile, ajoute Choi.

« Alors, j’ai pensé utiliser le même principe pour tuer les virus pathogènes en suspension. J’ai enduit les masques d’une composition (du sel de table), et, ça a marché! Ça été tellement vite! »

Les défis de Choi et de Ilaria Rubino, étudiant gradué membre de son groupe de travail sur la technologie des masques, consistent maintenant à perfectionner les masques en fonction des diverses conditions atmosphériques d’humidité dans les pays différents et à uniformiser les couches induites sur les masques de formats variés.

Le dynamique du duo science et ingénierie

La carrière de Choi repose sur la biomécanique, l’ingénierie chimique et les biosciences.  Très tôt, il s’est dit que l’application des concepts d’ingénierie aux sciences médicales avait le potentiel de faire de grandes avancées dans le domaine des soins de la santé.

« Je veux éliminer les manques qui existent entre l’ingénierie et les sciences de la santé, dit-il. L’espace à combler entre les deux disciplines est vaste, et les ingénieurs pourraient faire beaucoup pour améliorer les choses. »

Avant de joindre l’Université de l’Alberta, Choi était professeur adjoint à la recherche à l’Université de Cincinnati, où il travaillait comme investigateur principal sur un projet de composition de vaccin oral. Il a obtenu un diplôme en ingénierie céramique à l’Université de Yansei, en Corée, et au doctorat, il a étudié l’ingénierie biomédicale à l’Université de Californie à Los Angeles (UCLA) et à l’Université de Cincinnati. Il a travaillé dans le secteur privé avant d’entreprendre ses études postdoctorales au Georgia Tech.

Sa recherche sur les vaccins oraux sous forme de dose solide

Pour contrevenir aux pandémies, telle que l’éclosion de l’influenza, les pays ont besoin de produire de larges quantités de vaccins. Cependant, comme le spécifie Choi, les vaccins actuels contre l’influenza sont sous forme liquide, qui nécessitent un entreposage à 4° C et qui, selon les types de vaccins, ont une durée de vie de 6 à 12 mois.

« Comme ils sont instables, il est impossible, techniquement, de stocker les vaccins (liquides) en grande quantité. Alors, il nous faut développer des vaccins sous forme de dose solide – il faut encastrer les particules de vaccin dans un tissu solide, comme une friandise. Stables, ils deviennent comestibles, et pas besoin d’aiguille pour les administrer. »

Choi entrevoit le jour où les gens pourront acheter des vaccins en dose solide à la pharmacie locale, et les prendre à la maison. Avec les vaccins à dosage solide, on élimine les problèmes de sécurité et d’entreposage. Ils pourraient rester stables plus de deux ans à l’air ambiant, selon ses prédictions.

Ainsi, Choi a réussi la mise au point d’une structure permettant la livraison de vaccins à dose solide. À présent, il procède à des tests en laboratoire visant à démontrer qu’un vaccin à dose solide peut rester efficace dans un environnement gastrique environ un an. Son prochain défi sera de vérifier la stabilité d’une composition solide sous différentes conditions environnementales.

Ce double défi permettra de déterminer la capacité d’un vaccin à dose solide à survivre dans des environnements interne et externe. Dans le cadre de ces expériences, il utilise des compositions de vaccins à dose solide pour immuniser les lignées d’influenza H1N1 et H5N1.

Choi a décidé de poursuivre sa recherche sur les vaccins à dose solide à Edmonton pour sa « formidable infrastructure et l’excellence de ses scientistes spécialisés en vaccination et en immunologie. L’environnement porte à la collaboration. D’un point de vue de la recherche, c’est un superbe milieu. »