De l’« expérience de nature » à l’expérimentation : l’étude systématique de la tolérance

La clé de cette étude sera donc la capacité à reproduire le phénomène observé de tolérance. Cela place encore Medawar dans le sillage de la médecine expérimentale pour laquelle comprendre vraiment un phénomène c’est être capable de le maîtriser expérimentalement, c’est-à-dire de produire et faire disparaître à volonté par la manipulation. Pour reproduire le phénomène en laboratoire, il faut à Medawar une esquisse d’interprétation de la séquence amenant à l’établissement d’une tolérance inattendue chez le veau à la greffe depuis son frère jumeau de patrimoine génétique différent – là où les greffes entre frères et sœurs ordinaires, d’âge différent, sont rejetées tout aussi violemment qu’entre individus non apparentés de même espèce. La cause possible d’une telle tolérance exceptionnelle est en effet au départ bien peu apparente. Medawar dit avoir trouvé cette explication dans l’ouvrage récemment paru à l’époque de Burnet, et qui sera fondateur pour l’immunologie, The

Production of Antibodies.⁴⁵³ Burnet propose une explication générale de la capacité d’un organisme à reconnaître le « non soi » au cours de sa vie, dans son immense diversité possible, tout en ne réagissant pas la plupart du temps à ses propres tissus (le « soi »). Pour Burnet une « sélection clonale » s’opère au cours de la constitution du système immunitaire lors de la vie fœtale, sur le modèle de la sélection naturelle décrite par Darwin. L’organisme naît avec une panoplie très large de cellules capables de réagir à tout stimulus possible – même à ses propres tissus ; la sélection clonale lors du développement fœtal sélectionne celles capables de réagir contre le « non soi » et élimine

453 F. M. Burnet and F. Fenner, The Production of Antibodies, Melbourne, MacMillan, 1949. Cf. Peter Medawar,

164 celles qui réagissent contre le « soi ». Ainsi l’hypothèse prévoit qu’un organisme exposé lors de son développement à des cellules étrangères peut apprendre à les considérer comme du « soi », les cellules immunitaires capables de répondre à ces cellules seront éliminées et il restera toute sa vie tolérant à l’égard de greffes venues de cet organisme pourtant différent de lui génétiquement.

Il reste alors à comprendre comment les veaux durant la vie utérine peuvent se désensibiliser réciproquement à leurs tissus respectifs alors qu’ils se développent dans deux placentas différents – on découvrira à cette même époque que le placenta constitue une barrière immunologique naturelle permettant aux fœtus de mammifères de croître sans immuniser contre eux la mère et donc sans être attaqués par son système immunitaire. Burnet pointe l’œuvre d’un savant américain, Owen, qui a décrit le fait que les jumeaux dizygotes chez le veau sont très fréquemment des chimères génétiques, contenant dans leur organisme des cellules sanguines portant leur patrimoine génétique propre mais aussi des cellules venant de leur frère ou sœur, sans incompatibilité entre elles454. Pour expliquer ce phénomène, Owen renvoie à la suggestion de Lillie dès 1916 qui postule que les placentas des faux jumeaux chez le veau forment naturellement entre eux des anastomoses, permettant la circulation entre eux des cellules de chacun, provoquant la tolérance à l’autre durant toute la vie.455 Pour Lillie, ce sont ces anastomoses des placentas qui expliquent que les hormones circulent d’un individu à l’autre pendant la gestation, rendant les femelles stériles dans leur vie adulte. Avec Owen, un pas de plus est fait avec la découverte d’un chimérisme persistant des cellules sanguines – ce qui suppose, étant donné la faible durée de vie des cellules sanguines (trente jours environ dans le cas de la transfusion), l’établissement définitif de précurseurs des cellules sanguines étrangères, par nidification de celles-ci dans l’organisme différent. Ainsi Owen a déjà de son côté le sentiment d’élargir les conséquences du phénomène vu par Lillie en 1916.

Almost thirty years have passed since Lillie used the demonstrated union of the circulatory systems of twin bovine of opposite sex to explain, on an endocrine basis, the frequent reproductive abnormalities of the female twin. Since the appearance of Lillie’s paper, the freemartin, as the modified female is called, has become an important example of the effects of hormones on sex-differentiation and sexual development in mammals. Consequences other than endocrinological of nature’s experiment in parabiosis have, however, received little attention.

Estimates of the frequency of identical as compared with fraternal twinning indicate that the former is relatively rare in cattle. Tests for inherited cellular antigens in the bloods of more than eighty pairs of bovine twins show, however, that in the majority of these pairs the twins have identical blood types. Identity of blood types between full sibs not twins is infrequent, as might be expected from the large number of different, genetically controlled

454 Ray Owen, “Immunogenetic consequences of vascular anastomoses between bovine twins”, Science 102, 1945, p. 400. 455 F. R. Lillie, “The theory of the free-martin”, Science 43, 1916, p. 611.

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antigens (now approximately 40) identified in the tests. […] The vascular anastomosis between bovine twins, known to be a common occurrence, provides an explanation.456

Le phénomène de tolérance sera également peu de temps après perçu chez l’homme – bien qu’il y soit nettement plus rare. Dunsford, dans un article publié en 1953, décrit le cas d’une jeune femme de vingt-cinq ans dont, après un don de sang, les tests font apparaître que son sang « semble être une mixture de cellules A et O »457. Dunsford explique ensuite son grand étonnement, qui redouble celui de la donneuse elle-même, à l’explication qui sera trouvée, très longtemps après les événements responsables :

The appearance was such as might be seen for a time after a large transfusion of O blood into an A recipient: but Mrs. McK. had never been transfused. […] When asked if she were a twin, Mrs. McK., somewhat surprised, answered that her twin brother had died 25 years ago at the age of 3 months. […] It is strange that we should be able to group completely this twin 25 years after his death. […] Mrs. McK. is the first human being to be shown to have a double set of blood groups, and there can be little doubt that one set is the consequence of vascular communications with her twin.458

Ce phénomène dévoile l’existence, bien qu’exceptionnelle, d’anastomoses naturelles – le geste même chirurgical mis au point par Carrel au début du siècle, et qui définit la transplantation par rapport à la simple greffe qui raccorde des tissus non vascularisés. Le lien, bien sûr rétrospectif, avec les découvertes d’Owen sera fait par Medawar dès l’article de 1951 présentant la découverte de la tolérance chez le veau.

Dizygotic twins in cattle, whether of like or unlike sex, are in some manner mutually tolerant of each other’s skin – a situation which clearly corresponds to the anomalous conformity of red cell agglutination types described in dizygotic cattle twins by Owen.459

Medawar souligne d’emblée que le phénomène décrit par Owen consiste bien en une greffe naturelle.

456 R. Owen, “Immunogenetic consequences of vascular anastomosis between bovine twins”, art. cit.

457 “Seemed to be a mixture of A and O cells.” I. Dunsford, al., “A human blood-group chimera”, British Medical Journal, July 11 1953, p. 81.

458 Id.

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Owen has produced evidence that the blood of dizygotic twin cattle may contain a mixture of red cells of different antigenic type; since red cells do not reproduce and have short lives, he infers that red cell precursors are interchanged between the twins in utero and survive thereafter as cellular homografts. The dizygotic twin calf at birth is already, in fact, a genetical chimera.460

Cependant Medawar, dès son étude chez le veau, découvre que le phénomène de la tolérance est plus complexe que celui décrit par Owen pour les cellules sanguines. La tolérance a « des degrés fortement variables » ; une greffe peut parfois réussir d’un individu vers son frère mais pas en sens inverse. « Ces découvertes indiquaient que la tolérance était un phénomène hautement complexe et il était nécessaire pour Medawar d’étudier les dimensions si variées du problème de manière systématique, en utilisant des organismes de laboratoire plus standardisés comme la souris. »⁴⁶¹ Cette étude systématique est annoncée par Medawar dès l’article de 1951. “The whole problem of embryonic adjustment and response to antigens is to receive a fuller analysis than is made possible by experiments on cattle. […] We are proposing to study the possible desensitization of mouse embryos by inoculated foreign cells.”462 Il s’agit bien de pouvoir étudier systématiquement en laboratoire le phénomène rencontré dans la nature, dont Lillie déclarait déjà en 1916 : “In the case of the free-martin, nature has performed an experiment of surpassing interest.”⁴⁶³ Il s’agira donc désormais, au lieu d’attendre passivement que la nature fasse de telles expériences aléatoires d’anastomoses, d’injecter des cellules étrangères à des souris à l’état embryonnaire pour tenter de les rendre tolérantes à des greffes de tissus, à l’âge adulte, du même donneur.⁴⁶⁴ Il s’agit bien de « reproduire en laboratoire l’état des choses même advenu par l’action accidentelle de la nature chez les veaux jumeaux. »⁴⁶⁵ “Our ambition was to bring about by design the immunological phenomenon that occurs naturally in twin cattle. […] We had artificially reproduced the mutual tolerance we had observed.”466 “What we have done […] is to reproduce experimentally in chicken, rabbits and mice a state of affaire that occurs naturally in the life-time of most twin cattle of dizygotic origin (Owen, 1945) and very rarely in twin human beings (Dunsford, 1953).”⁴⁶⁷ Il y a dans cette insistance sur la prouesse consistant à reproduire, de manière éclairante et maîtrisée, à volonté, ce que la nature produit

460 Id., p. 395. C’est nous qui soulignons.

461 “These findings indicated that tolerance was a highly complex phenomenon, and it was necessary for Medawar to study the varied dimensions of the problem systematically using more standardized laboratory organisms, such as the mouse.” (Hyung Wook Park, “‘The shape of the human being as a function of time’”, art.cit., p. 119).

462 R. E. Billingham, P. B. Medawar, “The use of skin grafting”, art.cit., p. 395-6. 463 Cité in I. Dunsford, al., “A human blood-group chimera”, art.cit.

464 Hyung Wook Park, “‘The shape of the human being as a function of time’:”, art.cit., p. 119.

465 “reproduc[e] in the laboratory the very state of affairs that had come about by natural accident in twin cattle.” Peter Medawar, Conférence de reception du prix Nobel.

466 Peter Medawar, Memoir…, op. cit., p. 132-3.

467 R. Billingham, L. Brent, P. Medawar, “Acquired tolerance of skin homografts”, Annals of the New York Academy of

167 seulement par hasard, à la fois le geste fondamental de la science biologique moderne – amener le vivant au laboratoire, de manière artificielle et appauvrie (les souris de lignée pure), pour en expliquer paradoxalement la diversité et complexité foisonnante - ; mais il y a là aussi un paradigme baconien: il s’agit bien de maîtriser la nature – tout en lui obéissant! De parvenir à la fois de se plonger dans sa diversité, sans oublier de détails des phénomènes en croyant trop vite pouvoir les récapituler ; mais aussi dans un second temps d’y apporter de la clarté, en dressant les tables des « instances » du phénomène, de sa survenue ou non.

Medawar utilise pour cela deux lignées de souris – CBA et A. Il commence par établir que dans les conditions normales des individus de ces deux lignées rejettent réciproquement les allogreffes. Puis il inocule, au stade embryonnaire, des animaux avec des cellules vivantes d’une souris d’une autre lignée, et constate bien qu’après leur naissance, « une souris brune de la lignée CBA, qui avant la naissance a reçu une inoculation de cellules vivantes de souris blanches de lignée A, une fois adulte, accepte une greffe de peau de souris de lignée A. »⁴⁶⁸ Cette expérimentation produit un animal qui porte une greffe blanche tranchant de manière frappante sur son pelage brun.⁴⁶⁹

1. Un paradoxe temporel

Pour Medawar, ce phénomène frappant et nouveau est donc le contraire exact de ce qu’il avait observé dans son étude systématique du rejet. L’exposition d’un animal à des antigènes étrangers durant sa vie fœtale produit l’effet contraire de la même exposition durant la vie adulte. Là où l’allogreffe chez l’adulte provoque une immunisation à l’égard du donneur et un rejet plus fort d’une seconde greffe, l’allogreffe chez le fœtus, voire dans certains cas chez le nouveau-né, induit chez lui une tolérance à l’égard d’une seconde greffe à partir de ce même donneur. A un stade du développement, le phénomène s’inverse donc ; le rejet est par là confirmé comme une immunité acquise ; il y a même un stade auquel l’animal acquiert sa capacité à s’immuniser de manière acquise contre les allogreffes, n’ayant pas d’emblée cette capacité.

468 Peter Medawar, Memoir…, op.cit., p. 132.

469 Medawar insiste lui-même sur le caractère étonnant de cet aspect visuel, qui ne fit sans doute pas peu pour souligner la prouesse de la tolérance, notamment dans le titre d’un de ses ouvrages : The Strange Case of the Spotted Mice. Calne souligne qu’avoir vu Medawar présenter les photos de ces souris l’a amené à s’intéresser à la transplantation.

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Over some period of its early life […] the pattern of the host’s response to foreign tissue cells is turned completely upside down. In mice […] this inversion takes place in the neighbourhood of birth, for there is a certain ‘null’ period thereabouts when the inoculation of foreign tissue confers neither tolerance nor heightened resistance.470

C’est pourquoi Medawar qualifie la tolérance de « tolérance acquise », pour souligner qu’elle est le processus miroir de l’« immunité acquise » précédemment mise au jour dans son étude du rejet. “This phenomenon is the exact inverse of ‘actively acquired immunity’, and we therefore propose to describe it as ‘actively acquired tolerance’.”471 Il s’agit donc du contraire d’une immunisation.

The effect of t[he] first presentation of antigen tissue in adult life is to confer ‘immunity’, that is, to increase the host’s resistance to grafts which may be transplanted on some later occasion from the same donor or from some other member of the donor’s strain. But if the first presentation of foreign cells takes place in foetal life, it has just the opposite effect: resistance to a graft transplanted on some later occasion, so far from being heightened, is abolished or at least reduced.472

L’article de 1956 soulignera encore plus ce paradoxe de deux effets antithétiques, ayant tous deux pour effet une réaction sortant de l’ordinaire, de l’exposition à des antigènes étrangers avant ou après la maturation du système immunitaire d’un organisme. Ces analyses supposent bien les études précédentes, qui établissent la réaction normale d’allogreffe (un rejet avec délai) et la réaction d’un sujet sensibilisé à une greffe de ‘second set’ (un rejet plus rapide et plus violent).

If a normal adult mammal or bird is exposed by grafting or inoculation to living cells derived from some other member of its own species, then (a) the foreign cells are destroyed, and (b) their recipient enters a state of heightened reactivity, as a consequence of which foreign cells transplanted to it on a later occasion are destroyed more rapidly than they were before. If, on the other hand, a mammal or bird is exposed to the influence of such a graft or inoculum during foetal life, then (a) the foreign cells survive, and (b) their recipient enters a state of lowered reactivity, by virtue of which cells of the same origin transplanted to it in adult life outlive their normal expectation of survival, and may never be destroyed at all. So it may come about that two adult mice of the same age, sex, upbringing and genetic origin, exposed beforehand to foreign cells of the same kind and in the same amounts, may react to the transplantation of a skin homograft in very different ways. In the mouse which received its prior inoculation when already adult, the skin homograft is reacted upon with special rapidity and vigour; in the mouse which was injected during foetal life, the homograft is reacted upon slowly and feebly, if at all. Both

470 R. Billingham, L. Brent, P. Medawar, “Actively acquired tolerance of foreign cells”, Nature 4379, 3 Octobre 1953, pp. 603-6, ici p. 603.

471 Id. 472 Id.

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modes of response represent departures from normality, but the departures are in opposite directions, and the states of immunological competence which they reveal are of exactly opposite kinds. Nevertheless, they will be seen to have two important properties in common. Both are brought about by the exposure of animals to 'antigenic' stimuli, before or after birth as the case may be; and both are immunologically specific.473

Etant le contraire de la sensibilisation chez l’adulte, la tolérance est placée au départ par Medawar sous la rubrique d’une « désensibilisation »⁴⁷⁴ ; puis le terme s’estompera pour imposer celui de « tolérance ». L’article de 1951 use du terme de « désensibilisation », qui se rapproche sans doute trop du traitement des allergies pour être maintenu sur le long terme ; cet usage est d’ailleurs d’emblée suspecté d’introduire de la confusion conceptuelle.

To say that dizygotic twins are mutually "desensitised" to grafts of each other's skin is to hint at one possible explanation of this anomaly. In its technical sense, "desensitisation" refers to an acquired indifference to an otherwise active antigen that may be achieved by prolonged exposure to the antigen in very low, or initially very low, doses. It is not yet known whether or not minute ascending doses of tissue homografts can confer tolerance upon their recipients, but there is clear evidence that a naturally-occurring process analogous to desensitisation occurs in dizygotic bovine twins. […] In one important respect the mechanism of acquired tolerance to tissue homografts in twin cattle differs from desensitisation in the ordinary sense. The embryo is immunologically inactive: it does not manufacture antibodies and cannot therefore be said to become "desensitised" to an antigen to which it is not in any case sensitive. It may be that a desensitisation analogous to that conferred by minute increasing doses of an allergen occurs when, in foetal life, an antigen confronts the embryo's gradually awakening faculty of immunological response. There may also be the more profound theoretical reasons adduced by Burnet and Fenner (1949) for supposing that animals become unresponsive to potential antigens to which they are exposed as embryos. The whole problem of embryonic adjustment and response to antigens is to receive a fuller analysis. 475

Dès 1951, l’analyse qui formule la tolérance comme un mécanisme de désensibilisation est donc déjà suspectée ; Medawar va se tourner vers l’appui théorique qu’apporte Burnet, se ralliant à l’explication de la sélection clonale. Mais à la fin de sa vie, Medawar remettra également en cause le mécanisme de la sélection clonale.

473 E. Billingham, L. Brent and P. B. Medawar, “Actively Acquired Tolerance”, art.cit., p. 359.

474 Peter Medawar, “A Biological Analysis of Individuality”, art.cit., p. 638 : “the sort of "desensitization" or acquired indifference to foreign tissue that happens naturally in the lifetime of twin cattle.”

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The mechanism of tolerance was at the time assumed to be clonal deletion, but later Medawar raised the possibility of the potential effectors being present but ‘inactive’ in tolerant mice— prescient in view of current hypotheses about anergy and regulation.476

Cette dernière explication postule que, dans la tolérance, les lymphocytes capables de reconnaître l’antigène étranger au stade fœtal ne disparaissent pas purement et simplement dans la tolérance, mais sont en un sens « inactivés ».

2. L’authentique tolérance d’un greffon qui reste étranger

Il s’agira également pour Medawar, comme on l’a vu dans la démonstration du rejet, de