cellulaire alternative
IV. Les cellules souches mésenchymateuses néonatales
Même si le type de CSM le plus utilisé dans le cadre thérapeutique reste les CSM-MO, il est admis dans la communauté scientifique que leur utilisation présente des limites. En effet, ces CSM adultes perdent leur potentiel biologique en fonction de l’âge du sujet chez lequel elles sont prélevées. D’une part, la quantité de CSM adultes isolées chez les sujets âgés est sensiblement diminuée et d’autre part, ces CSM entrent plus rapidement en sénescence réplicative à cause d’une diminution de la taille de leurs télomères (Mareschi et al., 2006). Le phénotype des CSM adultes semble influencé par les facteurs intrinsèques et extrinsèques de l’organisme. En effet, chez un individu, l’administration chronique de NSAID pourrait affecter le potentiel de différenciation des CSM adultes issues du même individu. Il a, entre autres, été constaté que l’alimentation de l’individu avait également une grande influence sur le comportement des CSM ex vivo (Kalaszczynska & Ferdyn, 2015).
Pour limiter ces impacts sur les stratégies thérapeutiques, les recherches se sont orientées vers des sources cellulaires théoriquement non soumises aux phénomènes épigénétiques liés à l’âge, il s’agit des tissus néonataux.
Il a été décrit dans la littérature, autour des années 2000, que des progéniteurs mésenchymateux pouvaient être retrouvés dans les tissus foetaux, prénataux et postnataux
(Campagnoli et al., 2001 ; Erices et al., 2000). Les cellules issues notamment des annexes embryonnaires et du cordon ombilical présentent un avantage considérable en terme d’isolement
car ces tissus peuvent être récupérés sans intervention lors de la naissance des mammifères. Ces tissus représentent des réservoirs conséquents de CSM et de CSH au regard de leur importance dans la formation des cellules sanguines au cours du développement embryonnaire (Péault, 1996 ; Romanov et al., 2003).
D’un point de vu biologique, un débat existe sur le fait de considérer les CSM néonatales comme étant des CSM primitives. En effet, cette question peut être considérée à juste titre, étant donné que ces CSM sont générées durant les stades précoces du développement et qu’il est possible de les isoler à la fin de la gestation. Il a notamment été montré que les CSM néonatales étaient plus prolifératives et possédaient des télomères plus longs que les CSM adultes. Il semble également que les CSM néonatales soient plus naïves, immunologiquement parlant, dans la mesure où il y a une absence d’expression du CMH-II (Troyer & Weiss, 2008). Des suspicions d’expression de gènes de pluripotence ont également été soulevées (Carlin et al., 2006).
Le cordon ombilical, initialement considéré comme déchet opératoire avant 2011 (en santé humaine), représente une forte attractivité thérapeutique étant donné la présence de CSM. Cette attractivité est basée sur le fait que tout en répondant aux caractéristiques préconisées par l’ISCT, les CSM de cordon ombilical présenteraient des différences biologiques avantageuses par rapport aux CSM adultes.
A. Le cordon ombilical.
Le cordon ombilical est un organe formé à la quatrième semaine du développement embryonnaire chez l’Homme et est constitué à partir de l’embryon lui-même. Il évolue en parallèle de l’embryon et permet principalement le transport du sang maternel et son plasma entre le placenta et l’embryon/foetus [Figure 84]. Il est entouré d’un épithélium amniotique et composé de deux artères organisées en spirale autour d’une veine, ancrées au sein d’une matrice appelée gelée de Wharton [Figure 85]. La veine ombilicale apporte au foetus un sang riche en nutriments et oxygène alors que les deux artères amènent le sang vers le placenta. Chez l’équidé, ce volume sanguin transitant par le cordon représente un tiers du volume sanguin total du poulain. Le cordon
ombilical peut être séparé du nouveau-né une dizaine de minutes après la naissance, une fois la majorité du sang afférent transféré vers le poulain.
Le cordon ombilical est riche en CSM et ces dernières peuvent être isolées à partir de plusieurs zones du cordon chez les mammifères, y compris chez le cheval (Reed & Johnson, 2008 ; Hass et al., 2011).
B. Les cellules souches de sang placentaire (CSM-SPL).
C’est en 2000 que les progéniteurs mésenchymateux ont été pour la première fois isolés dans le sang de cordon ombilical (Erices et al., 2000). En 2005, l’équipe de McGuckin est la première à décrire un protocole d’isolement reproductible de cellules « fibroblastiques » à partir de
Figure 84 : Représentation schématique des flux sanguins entre le foetus et le placenta.
Le rôle du cordon ombilical est de permettre l’échange de sang entre la mère et le foetus. Ce sang transite par le placenta qui assure sa filtration (http://svt.ghediri.com/upload/placenta.jpg).
sang de cordon ombilical ou sang placentaire
(McGuckin et al., 2005). Ces cellules répondent aux caractéristiques des cellules souches et représentent une alternative intéressante aux cellules souches embryonnaires qui imposent d’importantes contraintes éthiques. Le protocole se base sur un tri cellulaire afin d’exclure les cellules sanguines et immunitaires. Ce protocole a évolué et s’est simplifié (Kern et al., 2006). Brièvement, le sang placentaire est récupéré à partir du cordon ombilical tout en empêchant sa coagulation. En laboratoire, ce sang est passé sur gradient de densité sous centrifugation afin d’en séparer les différentes phases et types cellulaires.
Le sang placentaire est composé de types cellulaires différents : des CSH, des granulocytes, des é r y t h r o c y t e s e t d e c e l l u l e s fi b r o b l a s t i q u e s mononucléées. Sur le gradient de densité, la phase cellules mononucléées est récupérée. Les cellules sont isolées par leur capacité d’adhésion au plastique. Au bout de 10 à 20 jours, des CFU-F sont visibles.
Ces CSM-SPL présentent un fort potentiel de prolifération, supérieur aux CSM adultes (Kern et al.,
2006). Elles présentent les marqueurs spécifiques des CSM et sont dépourvues des marqueurs hématopoïétiques. Elles sont également capables de se différencier en chondrocytes et en ostéoblastes. Néanmoins, leur capacité à se différencier en adipocytes semble différente des CSM-MO. En effet, il semble difficile de les orienter vers ce lignage cellulaire (Karagianni et al., 2013). Les CSM-SPL semblent capables de se différencier en d’autres types cellulaires comme les cellules musculaires, hépatocytes ou en neurones (Gang et al., 2004 ; Hong et al., 2005).
Les CSM-SPL représentent une source alternative de CSM, dont le prélèvement n’est pas invasif. La présence de certains marqueurs embryonnaires au sein des CSM-SPL suggère une alternative à l’utilisation de CSE qui reste controversée (McGuckin et al., 2005).
C. Les cellules souches de gelée de Wharton (CSM-GW).
Autour des veines et de l’artère du cordon ombilical, un tissu fibreux est présent et sert de gaine de protection au système vasculaire. Ce tissu est de nature hétérogène et la distinction des sous-types de tissus est difficile. On note néanmoins la présence d’une zone péri-vasculaire, inter-vasculaire et du sub-amnion [Figure 86].
Figure 85 : Représentation schématique de la structure du cordon ombilical.
Le cordon ombilical est un organe se composant de deux artères et d’une veine. Les trois vaisseaux sont entourés d’un tissu de soutien, la gelée de Wharton (http:// clinicalgate.com/wp-content/uploads/2015/03/ B9780702030680000045_f004-005-97807020 30680.jpg).
Figure 86 : Représentation s c h é m a t i q u e d ’ u n e c o u p e transversale de cordon ombilical.
La matrice du cordon ombilical entoure les 2 artères et la veine o m b i l i c a l e . E l l e a p p o r t e u n e structure au cordon ombilical mais a également un rôle nourricier. Au sein de la matrice, les zones péri-vasculaire, inter-vasculaire et le sub-amnion constituent la gelée de Wharton (Troyer & Weiss, 2008).
Ce tissu est également considéré comme étant la matrice ou matrice stromale du cordon ombilical. Au cours de la formation du cordon ombilical, cette matrice possède un rôle stromal et permet la migration et la maturation des cellules hématopoïétiques du cordon. Cette fonction nourricière vis-à-vis des CSH est assurée par les cellules progénitrices considérées comme CSM-like, communément appelées CSM-GW ou CSM de matrice de cordon ombilical. Il est possible d’isoler ces CSM-GW (Mitchell et al., 2003), néanmoins il est difficile de connaître leur localisation précise au sein de la matrice du cordon.
Leur isolement est réalisé à partir de cordons ombilicaux pris en charges dans les 24 h suivant la naissance. Les cordons sont nettoyés, découpés en pièces de 3 à 5 cm de longueur et les vaisseaux sanguins sont retirés. Deux digestions enzymatiques successives assurent la dégradation de la matrice conjonctive afin de permettre la récupération des cellules. La sélection des cellules adhérentes est ensuite réalisée par culture en monocouche.
Les CSM-GW répondent aux caractéristiques des CSM. D’après la littérature, les CSM-GW sont très semblables aux CSM-SPL. Elles possèdent, en effet, une capacité de prolifération supérieure aux CSM adultes et voient leur capacité d’adipogenèse restreinte, à la différence de leur capacité de différenciation en chondrocytes et en ostéoblastes. En revanche, leur taux d’isolement semble largement supérieur aux CSM-SPL étant donné qu’il est proche de 100%, contre 67% pour les CSM-SPL (Bieback et al., 2004 ; Weiss & Troyer, 2006).
L’accessibilité des CSM-GW, leur isolement, leur capacité de prolifération et le maintien de leur phénotype au cours des passages facilite la démarche de stockage cellulaire ou « banking » de ces CSM dans le cadre de leurs applications. A l’heure actuelle, les CSM-GW sont utilisées dans diverses thérapies et applications comme la maladie de Parkinson ou les ischémies cérébrales. Leur capacité de différenciation ne se limite pas à une tripotence. Elles servent entre autres de support à l’hématopoïèse in vitro ainsi qu’à la génération de neurones et de cellules cardiaques (Seshareddy et al., 2008 ; Wang et al., 2004).