Action paracrine

Plusieurs données ont fait suspecter un autre mécanisme à la trans-différentiation des cellules injectées. Tout d’abord, comme décrit précédemment, cette trans-différentiation, si elle semble être possible, est beaucoup trop faible pour expliquer les modifications structurelles observées. De plus, il a été démontré que la survie des cellules après injection est très faible, de l’ordre de 5% à 24 heures après une d’injection intra-coronaire de CDCs, et d’environ 15% lors d’une injection intra-myocardique, jusqu’à devenir quasi nulle quelques semaines après l’injection^{124,128,130,172}. Or, le bénéfice clinique observé de cette thérapeutique se prolonge jusqu’à plusieurs mois après l’injection des cellules, rendant très peu plausible le fait que ce bénéfice soit lié à l’ancrage^126,178, la multiplication puis la trans-différentiation des cellules. Enfin, en dehors des cardiomyocytes dérivés de cellules souches embryonnaires, les cellules injectées et les potentiels cardiomyocytes générés ne restaurent pas toujours une architecture normale du receveur^204,205.

En raison des capacités sécrétrices importantes des cellules souches in vitro, l’hypothèse d’un mode d’action paracrine a donc été émise²⁰⁶. En effet, il a été démontré que l’expression génique des MSCs comprend la transcription de nombreux gènes impliqués dans la résistance à l’apoptose, dans l’angiogenèse et dans le renouvellement de la matrice extracellulaire. De plus, la sécrétion protéique de ces cellules permet de relier les protéines correspondant à ces différents gènes^207-215. L’étape suivante a été d’utiliser le milieu de culture dans lequel ont été cultivées les cellules et d’analyser ses propriétés. Ce milieu de culture conditionné a tout d’abord été utilisé in vitro. Il a été démontré qu’il était capable de protéger les cellules contre l’apoptose et de stimuler la formation de tubes vasculaires²¹⁶. Ces différents résultats indiquent bien la présence de facteurs secrétés par les cellules souches. Ces milieux conditionnés ont ensuite été utilisées in vivo dans divers modèles animaux de rongeurs et de porcs^{202,213,214,216,217}. On observe une diminution de l’apoptose mesurée dans la zone infarcie ainsi que dans les zones bordantes ainsi qu’une augmentation de la densité vasculaire. De plus, la prolifération cardiomyocytaire est significativement augmentée chez les animaux traités en comparaison aux animaux non traités. Enfin,

l’injection de ce seul milieu conditionné permet d’obtenir un bénéfice sur la taille de l’infarctus et la fonction ventriculaire gauche à la fois dans des modèles de rongeurs et de gros animal.

Par ailleurs, les ARN messagers des principaux facteurs de croissances humains sont exprimés au site d’injection jusqu’à 3 semaines après traitement, et ce malgré l’absence de cellules humaines résiduelles après 3 semaines²⁰². De plus, il a été confirmé que les CDCs et les MSCs augmentent l’angiogenèse et la prolifération des cardiomyocytes mais surtout que la grande majorité des vaisseaux et cardiomyocytes ainsi formés le sont à partir de cellules du receveur^110,203,218. En effet la part de ces néo-vaisseaux et des néo-cardiomyocytes formée par les cellules injectées était autour à 10% du total de vaisseaux et néo-cardiomyocytes formés. Ces nouveaux néo-cardiomyocytes formés le sont d’une part par la stimulation de la prolifération de cardiomyocytes matures, et d’autre part par le recrutement de cellules cardiaques progénitrices.

Ainsi les cellules souches vont donc agir de façon paracrine sur plusieurs types cellulaires et il est maintenant acquis que les cellules injectées vont favoriser la réparation myocardique en agissant sur 6 processus (Figure 8) :

- augmentation de la genèse de nouveaux cardiomyocytes : comme décrit précédemment, plusieurs études ont démontré la capacité des cellules souches (cardiaques ou mésenchymateuses) à stimuler la prolifération des cellules couches cardiaques endogènes mais également des cardiomyocytes matures. Cette stimulation se fait potentiellement via la sécrétion de facteur de croissance tels que l’hepatocyte growth factor et l’insulin growth factor 1^{87,110,219-221}. Ces facteurs de croissance vont induire la migration de cellules souches cardiaque puis leur prolifération et leur différentiation en cardiomyocytes et en structures vasculaires ;

- induction de la néo-vascularisation : la plupart des cellules souches sont capables d’induire une néo-vascularisation grâce à la sécrétion de chimiokines (stromal cell

derived factor 1) et de facteurs de croissance pro-angiogéniques (vascular endothelial growth factor, basic fibroblast growth factor, tissu growth factor β et angiopoietin 1 entre autres)^211,222-224. Des cellules progénitrices endothéliales

recrutées au site ischémique vont également promouvoir la néo-angiogenèse par la prolifération de cellules endothéliales grâce à la sécrétion de NO synthase²²². Cette néo-vascularisation sera particulièrement bénéfique dans le cas de l’angor réfractaire en rapport avec des occlusions coronaires chroniques et des pathologies de la micro-circulation ;

- inhibition de l’apoptose105,206,225-228 ;

- inhibition de l’hypertrophie cardiaque87,90,198,219,220,229,230

: cependant il est difficile de dire si cette diminution de l’hypertrophie est la conséquence de l’amélioration fonctionnelle cardiaque ou l’un de ses mécanismes ;

- remodelage de la matrice extra-cellulaire : les cellules souches vont modifier la matrice extra-cellulaire de plusieurs façons^30,91,96,231. Tout d’abord elles vont augmenter le renouvellement de la matrice extra-cellulaire par l’activation de certaines métalloprotéinases matricielles et de certains inhibiteurs tissulaires des métalloprotéinases (MMP2, MMP13, TIMP2) et l’inhibition d’autres (MMP9). Par ailleurs, les cellules souches vont inhiber la voie du TGF-β, diminuant par conséquent la prolifération des fibroblastes, leur différentiation en myo-fibroblastes et la synthèse de collagène et donc au total, la fibrose cardiaque ; - inhibition de l’inflammation : les cellules souches vont être capables de moduler

l’inflammation et la réponse immunitaire^{127,128,174,231}. En effet, ces cellules lorsqu’injectées dans un milieu très inflammatoires, vont pouvoir diminuer l’infiltration locale de cellules inflammatoires (notamment de macrophages), de modifier le phénotype de ces cellules inflammatoires et enfin de diminuer de façon importante la production locale de cytokines pro-inflammatoires au profit de cytokines plus anti-inflammatoires¹⁷⁴. Dans des modèles plus chroniques, cette diminution de l’inflammation est étroitement liée à la diminution de la fibrose puisque, la diminution de l’inflammation locale et du recrutement des monocytes entraine la diminution de la sécrétion de TGF-β et par conséquent une diminution de la fibrose^30,231.