Les Cellules souches humaines: Applications médicales et perspectives

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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE

Ministère d'enseignement supérieur et de la Recherche

scientifique

Université de JIJEL

Faculté de science

1

Département de biologie moléculaire et cellulaire

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Mémoire

De Fin d'étude En Vue De L'Obtention du Diplôme d'Etude

Supérieur En Biologie

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Membre de Jury :

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Présenté par :

Examinateur: GHORAB

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La réussite de la

réalisation de ce travail a

été le fruit de l'assistance

de notre promoteur

Mr.

Oumeddour

que nous

tenons

à

remercier

pour

son

encadrement, son orientation

et ses précieux conseils

Comme

nous exprimons

notre gratitude et nos respects

à

Mr.

l'examinateur

qui nous a fait

l'honneur de

juger

ce travail

.

-INTRODUCTION

CHAPITRE I: LES CELLULES SOUCHES HUMAINES ............................ l

1. 1. Définition ... 1

1.2. Origine et caractéristiques des cellules souches ...... . 1

1.3. Typologie des cellules souches ... 2

1.4. Les différents types de cellules souches humaines ... 2

1.4.1. Cellules souches adultes ... 2

1.4.1.1. 1.4.1.2. 1.4.1.3. 1.4.1.4. 1.4.1.5. 1.4.1.6. Description ... 2

Utilisations actuelles en thérapeutique ... · ... 3

Avantages de ces cellules ... 3

Inconvénients de ces cellules ... 4

Utilisations potentielles de ces cellules ... 4

Les principales cellules souches adultes ... 5

1.4.2. Les cellules foetales ... 7

1.4.2.1. 1.4.2.2. 1.4.2.3. 1.2.2.4. 1.4.2.5. Description ... 7

Utilisations actuelles en thérapeutique ... 8

Avantages de ces cellules ... 8

Inconvénients de ces cellules ... 8

Utilisations potentielles en thérapeutique ... 8

1.4.3. Les cellules embryonnaires (ES) ... 9

1.3.3.1. Description ... 9

1.4.3.2. Utilisations actuelles en thérapeutique ... 9

1.4.3.3. Avantages de ces cellules ... 9

1.4.3.4. Inconvénients de ces cellules ... 9

1.4.3.5.Utilisations potentielles en thérapeutique ... 10

1.4.4. Les cellules issues du transfert d'un noyau somatique (ITNS) ... 11

1.4.4.1. Description ... 11

1.4.4.2. Utilisations actuelles en thérapeutique ... 11

1. 4. 4. 3. Avantages de ces cellules ... 11

1.4.4.4. Inconvénients de ces cellules ... 12

1.4.4.5. Utilisations potentielles en thérapeutique ... 12

1.4.5. Les cellules précurseurs ... 12

CHAPITRE 2 : LES RECHERCHES SUR LES CELLULES SOUCHES . . . .. . ... 14

2.2. Capacités de mise en culture et de prolifération ... 14

2.3.les sources d'obtention de cellules souches embryonnaires chez l'homme.15 2.4. culture de cellules souches embryonnaires humaines en laboratoire ... 15

2.5.interét des cellules souches embryonnaires humaines ... 16

2. 5 .1.intérét en recherche ... 16

2.5.2.intérét th.érapeutique ... 1 7 2.6. Applications potentielles de la recherche sur les cellules souches humaines ... 17

CHAPITRE 3-: UTILISATION DES CELLULES SOUCHES EN MEDECIN 3.1.les application déjà éprouvées de la thérapie cellulaire ... 20

3 .1.1. Les greffes allogéniques de cellules souches hématopoïétiques ... 20

3 .1.2.Les greffes de peau ... 21

3.2.Les démarches expérimentales en cours ... 21

3.2.1. Cellules ES-et thérapies cellulaires du système nerveux ... 21

3.2.2. Différenciation in vitro des cellules ES en divers lignages Cellulaires ... 22

3.2.2.1. Caractéristiques des cellules ES cardinales de souris ... 22

3.2.2.2.Transplantation de cellules immatures ... 24

3.2.3. Des études expérimentales aux application cliniques sur l'Homme .... 24

3 .2.3 .1. Les obstacles liés à la màtrise de la différentiation des cellules ES ... 24

3.2.3.2.Les obstacles liés aux transferts des technologies aux cellules IIES ... 24

3.2.3.3.Les obstacles liés aux phénomènes de rejets immunologiques ... 25

3.3.Les cellules souches nerveuses adultes ... 25

3.3.1.Les espoirs et les limites des applications thérapeutiques utilisant Les cellules souches nerveuses ... 25

3 .3 .2. Thérapies cellulaires du diabète de type 1 ... 27

3.3.3.Thérapie cellulaire du cœur ... 29

3.3.4. Les application pour les maladies respiratoires ... .30

CHAPITRE 4 :CADRE LEGISLATIF ET ASPECTS ETHIQUES. CONCLUSION ... 33

BIBLIOGRAPHIE RESUMES

CS: CGE : CEC : CSH:

CE:

les cellules souches embryonnaires les cellules germinales embryonnaires les cellules embryonnaires de carcinome cellules souches hématopoïétiques carcinome embryonnaire

les cellules souches nerveuses Glial Fibrillary Acidic Protein

la zone sous ventriculaire du télencéphale. la protéine gliale fibrillaire acide.

la technique du transfert de noyau somatique les cellules issues du transfert de noyau somatique

la fécondation in vitro.

Introduction

La thérapie régénératrice est l'un des concepts les plus passionnants de la biomédecine contemporaine son principe repose sur l'utilisation des cellules souches mères de tous les types cellulaires de l'organisme, correctement cultivées, elle peuvent en effet se différencier en cellules hautement spécialisées et réparer les tissus devenus défaillants du fait de l'age ou de divers pathologies, ouvrant la voie à une médecine réparatrice extrêmement séduisantes au plan biologique [ 1]

Les cellules souches font naître de nombreux espoirs pour le développement de thérapies jusqu'à présent inexploitées. Celles-ci devraient permettre de guérir à l'avenir un grand nombre de maladies aujourd'hui incurables. Elles pourraient remplacer les cellules détruites du cerveau dans les maladies de Parkinson et d' Alzheimer, être utilisées pour la thérapie des multiples scléroses et renouveler les cellules osseuses en cas d'ostéoporose et aussi être utilisées dans les cas d'infarctus du myocarde et du diabète [3]. Dans le domaine de la médecine régénératrice et de la thérapie cellulaire, de très grosses avancées scientifiques sont attendues. Beaucoup de maladies humaines sont liées à la dégénérescence cellulaire et à la destruction de tissus [2,4]

Le potentiel thérapeutique des cellules souches embryonnaires apparaît de plus en plus incertain en raison d'insurmontables obstacles biologiques, les cellules souches adultes , perdant ce temps , commencent à montrer des capacités étonnantes dans la fois dans les modèles animaux et dans les premiers essais chimiques Jusqu'à récemment , ces cellules semblaient frappées d'interdit tant elle remettent en cause notre compréhension de la biologie de l'organisme humain, Aujourd'hui, il n'est plus possible d'en ignorer les résultats .Il est donc impératif d'en présenter quelque uns pour éclairer un débat bien souvent passionnel [5] .

Notre étude a pour but de montrer l'utilisation des cellules souches humaines en médecine génératrice et les différents problèmes scientifiques et éthiques qui s'opposent à l'utilisation des cellules souches dans la thérapie cellulaire. Dans le premier chapitre nous avons montré les différentes cellules souches humaines et leur caractéristiques, avantages et inconvénients, en deuxième chapitre les différentes recherches sur les cellules souches, puis l'utilisation de ces cellules en médecine génératrice et les perspectives dans le troisième chapitre,· et en fin les différents problèmes législatif et éthiques qui se posent dans le domaine de recherches sur les cellules souches humaines.

Chapitre I Les cellules souches humaines

1. Les cellules souches humaines 1.1. Définition

Le terme de cellules souches est utiliser pour designer une cellule qui, lorsqu'elle est placée dans un environnement tissulaire approprié, est capable de multl.pl1"er <<"apar-1te' A .. prA11f'?r'lhAn \\ .. + A .. nrAdn1r .. rl .. s ,. .. 11,,1 .. s sn?,.1.,11s? .. c ,,,,1

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compris à celle de la lignée germinale. Les cellules souches adultes sont pour leur part, déjà engager dans un programme tissulaire spécifique, ce qui explique leur hétérogénéité et même si certaines d'entre elles peuvent conduire à la formation ou à la régénération de tissus distincts « multipotentes » elles ne sont pas comme leurs "hAn"\l"\.lnn-,1os o m J , • .,.TJ"'\.'f"U"'ltl~t·oC" JJ +n...;"t"\/"'\fonfoC" \.'\ r Al

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Les cellules souches sont des cellules indifférenciées qui peuvent théoriquement devenir n'importe quel type de cellule « multipotente» : nerveuse, S.,,.,,,..n1n.o U...1..J.6U.ll.1.""'' .L.l.V,tJU.'-.1.'i U.V' '""'-'-'• h?n.,+1nn<> .oi-r- T <>c ,..,.11,,1.,.c cn.11r-h<>c r<>t-1r?<>c ,.1.,.S <>rnh.-.r""S .J..JW..> V\,ol'..t.J..U...l.'tw.;> .:>VU.V..1..1."'tt,::J ..1. WL.LL VV.:> U.'-' "'..L.1..LV..1. J V..1..1. S"""t-V.1...1.\, .L r<>r>Annn<>s '\,IVV..LI...L.&.U.\J comme multipotentes, alors que celles que l'on retrouve chez les adultes ne pourraient se transformer qu'en certaines cellules. Cependant, des travaux récents donnent à penser que les cellules souches des adultes peuvent être « reprogrammées» pour former n'importe quel tissu. La possibilité d'obtenir par ces cellules n'importe

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sujet [6]

1.2. Origine et caractéristiques des cellules souches

Les cellules souches humaines se distinguent des autres types de cellules de l'organisme par des propriétés tout à fait particulières ; ces cellules en effet.

•

•

•

sont capables de se diviser et de se renouveler pendant de longues périodes .

elles ne sont pas spécialisées .

elles sont capables de donner naissance à des types de cellules spécialisées .

On trouve ces cellules souches chez le jeune embryon, chez le fœtus et dans le

sang du cordon ombilical, ainsi que dans certains tissus de l'organisme après là n">;C"C"">nroo o+ rol"'o,.,.. l't>rh,1+.o f'"".o'"' l"'ollnloC" C"n,·u-.'h.oC'I rA+ ~ 1'AMrr1n.o rl.os ht:<('l"f'lC" o+ organ_os ,.1,, .Ll.U..1...:1..:Ju...Ll..\.I""'' """ \J.1..1.\..ILJ .1. U.U.u..i.L""· '-'""'.,:, \..1\..1.Ll.U..l.'\..li.::> i.::>VU.V..L.L\.1-3 i.::>VL U. .1. V.J..l.f:,..LLI."" U"" L.l..:>.;>U..-, '\.IL .1. W UU. fœtus et servent à la croissance et à la réparation de l'organisme chez le nouveau né et chez l'adulte. Chez l'embryon au delà du stade blastocyste, la proportion de cellules

souches décroît dans les divers tissus, ainsi que la capacité de ces cellules à se différencier en différents types cellulaires, du moins lorsqu' elles se trouvent dans

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1.3. Typologie des cellules souches

On distingue quatre catég01ies de cellules souches qm sont, dans l'ordre décroissant de leurs capacités [ 5, 7]:

)> Les cellules souches totipotentes : elles peuvent seules conduire au

développement d'un être humain. Il s'agit de l'oeuf fécondé et des cellules de l'embryon dans les quatre premiers jours de sa croissance (m01ula de 2 à 8 cellules). C'est donc à ce stade, comme on l'a vu précédemment, que l'on peut pratiquer le clonage reproductif par scission embryonnaire.

~ Les cellules souches pluripotentes : elles ont vocation à former tous les tissus de l'organisme mais ne peuvent à elles seules aboutir à la création d'un individu complet. Elles proviennent en effet de la masse cellulaire interne du blastocyste

(au stade de 40 cellules), elles ne peuvent être utilisées pour le clonage reproductif, à la différence des cellules somatiques adultes.

~ Les cellules souches multipotentes : présentes dans l'organisme adulte, elles sont à l'origine de plusieurs types de cellules différenciées. Les plus anciennement connues sont les cellules souches hématopoïétiques présentes dans la moelle osseuse qui peuvent donner tous les types de cellules sanguines mais aussi, on l'a constaté récemment, des cellules d'un autre lignage comme la cellule ovale du foie.

~ Les cellules souches unipotentes : elles ne donnent qu'un seul type de cellules différenciées (peau, foie, muqueuse intestinale, testicule). Certains organes, tels que le coeur et le pancréas, ne renferment pas de cellules souches et n'ont donc aucune possibilité de régénération en cas de lésion.

. 1.4. Les différents types de cellules souches humaines

1.4.1. Cellules souches adultes 1.4.1.1. Description

Les cellules souches adultes sont connues depuis longtemps dans des tissus où elles participent au renouvellement permanent (épiderme, moelle osseuse, intestin), et dans d'autres où elles permettent occasionnellement la réparation tissulaire (foie,

Chapitre I Les cellules souches humaines

Cependant, la plupart des tissus n'en possèdent pas, et ceux qui en sont dépourvus sont donc incapables de se régénérer spontanément : toute nécrose ou toute altération est définitive.

Certaines cellules se multiplient très efficacement en culture, en conservant leur potentiel (cellules épidermiques, nerveuses, mésenchymateuses) tandis que d'autres prolifèrent trop peu (cellules musculaires) ou perdent leur potentiel en se divisant

(cellules hématopoïétiques)

Toutes ces cellules sont capables de se multiplier et de donner naissance, sous

l'influence de divers facteurs environnementaux, à des cellules différenciées du tissu dont elles sont issues [7,8].

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Actuellement, certaines cellules souches adultes sont utilisées en thérapeutique dans le domaine de la thérapie régénératrice [2, 9] :

• Cellules hématopoïétiques pour reconstituer la moelle osseuse du patient,

technique largement utilisée et salutaire dans le traitement des leucémies ou des anémies

• Cellules épidermiques pour effectuer une greffe de peau chez les grands

brûlés.

• Chondrocytes pour la réparation des cartilages abîmés du genou (en Suède et aux Etats-Unis principalement).

• Cellules mésenchymateuses pour la réparation des dégâts osseux.

• Myoblastes dans la régénération du tissu cardiaque après infarctus du myocarde

1.4.1.3. Avantages de ces cellules

Jusqu'à présent, on pensait que les cellules souches adultes étaient déjà entrées dans un processus de spécialisation tissulaire, donnant naissance à une population de cellules filles du tissu dont elles proviennent.

Les cellules souches adultes pouvaient se différencier in-vitro en des types cellulaires totalement distincts de leur tissu d'origine : des cellules souches cérébrales ont ainsi été conduites à se spécialiser en cellules sanguines. Les cellules souches adultes auraient donc une plasticité beaucoup plus importante que ce que l'on avait

On appelle ce phénomène la « trans-différenciation ». Les cellules sont alors dites multipotentes puisque capables de générer plusieurs tissus distincts. C'est le cas des cellules épidenniques, mésenchymateuses, nerveuses et hématopoïétiques [ 6, 1 O].

Ce phénomène a été essentiellement étudié sur des cellules murines, et mériterait d'être confirmé chez l'homme, comme cela a été le cas pour les cellules

mésenchymateuses et les cellules hématopoïétiques. Ces dernières, par exemple, sont capables de donner naissance in-vitro à des cellules d'os, de cartilage, de tissu adipeux, de muscle, de foie, de coeur et même des cellules nerveuses. [ 11]

Outre ces capacités de trans-différenciation, un des grands avantages des cellules souches adultes est leur immunocompatibilité : en effet, les cellules sont prélevées sur le patient, mises en culture, puis réintroduites sur le même sujet,

n'entraînant de ce fait aucun désavantage de rejet.[6,10]

~ 1.4.1.4. Inconvénients de ces cellules

Les principaux obstacles à l'utilisation de ce type de cellules souches sont :

• Problèmes d'accessibilité, par exemple dans l'intestin où les cellules souches sont enfouies au fond des cryptes.

• Rareté de ce type de cellules.

• Anomalies innées ou acquises du patrimoine génétique maintenues, ce qui pose un vrai problème dans le cadre du traitement de patients atteints de maladies

génétiques.

• Inconnues quant à leur activation in vivo et/ou in-vitro, leur engagement dans une voie de prolifération et de différenciation, leur migration dans le tissu à réparer, ... • Difficulté de les purifier (absence de marqueurs spécifiques).

• Difficultés de multiplication in-vitro à l'état indifférencié.

Sur ces deux derniers points, le rapport du Department of Health en Angleterre précise que ces contraintes devraient bientôt être résolues puisque « la possibilité

d'isoler un type particulier de cellule de la moelle osseuse et de maintenir ces cellules

au laboratoire a été récemment démontrée » (3, 11, 12]. ·

,,,1 1.4.1.5. Utilisations potentielles de ces cellules

Si les propriétés particulières de trans-différenciation étaient confirmées chez l'homme, et si les recherches permettaient de réellement maîtriser ce processus, les

cellules souches adultes pourraient devenir une véritable thérapie régénératrice

Chapitre 1 Les cellules souches humaines

f) Cellules souches de la moelle osseuse et du sang

La moelle osseuse contient 3 types de populations cellulaires : les cellules souches hématopoïétiques, les cellules stromales et probablement des cellules progénitrices de l'endothélium.

• Cellules souches hématopoïétiques ( HSC)

Ces cellules peuvent donner naissance à toutes les cellules sanguines au cours de la vie. Deux catégories de HSC ont été identifiées [3, 11, 14]:

~ les cellules de long terme qui prolifèrent durant toute la vie de l'animal. Ces cellules se divisent chaque jour, elles possèdent un haut niveau d'activité téiomérasique.

~ les HSC de court terme qui ne prolifèrent que durant quelques mois et se différencient en précurseurs myéloïdes et lymphoïdes. Des études récentes ont

montré que ces HSC de cou.."1: terme constituent une population hétérogène

• Cellules stromales de la moelle osseuse

En dehors de leur rôle dans la différenciation des cellules sanguines matures,

les cellules stromales en fonction des conditions physiques de leur environnement peuvent générer du cartilage, de l'os et de la graisse. Les cellules stromales ont des caractères différents des HSC et sont aisément séparables in vitro, L'origine des cellules stromales est mésoderme embryonnaire durant le développement [13, 14]

g) Cellules souches dans d'autres tissus

• Cellules progénitrices de l'endothélium

Les hémangioblastes, dérivés du mésoderme, sont les précurseurs des lignées hématopoïétiques et des cellules endothéliales. Des cellules humaines de ce type

injectées dans les veines d'un rat, présentant une ischémie cardiaque, génèrent de

nouveaux vaisseaux dans le caeur ischémié.

• Cellules souches du muscle

Trois types de cellules souches du muscle ont été identifiées

•!• les cellules satellites

•!• les cellules de la paroi de l'aorte dorsale •!• les cellules de la « side population »

Les cellules satellites, connues depuis 40 ans chez les mammifères, qui normalement ne se divisent pas, peuvent proliférer à la suite d'une lésion ou de l'exercice. Ces cellules donnent alors naissance à des cellules précurseurs myogéniques qui se différencient en myofibrilles sous l'action de facteurs de régulation.

• Cellules épithéliales précurseurs de la peau et le système digestif

Les cellules épithéliales dans la peau et le tractus digestif sont remplacées constamment. Les cellules eryptiques de l'intestin sont considérées comme, des

cellules souches. La peau des mammifères confient au moins trois populations de cellules épithéliales: les cellules épidermiques, les cellules du follicule pileux et les cellules des glandes sudoripares. Dans chacune de ces populations des cellules souches

sont postulées. La région du follicule pileux semble donner naissance à plusieurs types

cellulaires.

Ces tissus sont d'origine endodermique, une cellule précurseur dérivée de l'endoderme embryonnaire,, peut générer à la fois le pancréas ventral et le foie. Les cellules souches du pancréas adulte sont postulées apparaître dans les canaux pancréatiques ou dans les ilôts de Langherans.

Les cellules ovales hépatiques peuvent provenir du système porte dans le foie et donner des hépatocytes. Les hépatocytes eux-mêmes peuvent être responsables de la

régénération du foie [15]

1.4.2. Les cellules foetales

1.4.2.1. Description

Entre cinq et neuf semaines de développement, il est possible d'isoler, à partir d'embryons ou de foetus issus de produits d'avortements, deux types de cellules : somatiques retrouvées aux mêmes endroits que les cellules souches adultes, et germinales. Nous considèrerons ici également le cas des cellules souches issues, à la naissance, du cordon ombilical.

Ces cellules sont multipotentes (les cellules germinales sont même pluripotentes), c'est-à-dire susceptibles de donner naissance à plusieurs tissus distincts,

sans pour autant être capables de régénérer un organisme entier.

Ces cellules se multiplient facilement en culture mais ne présentent « aucun

avantage scientifique et technique ». Pour l'instant, on ne leur connaît qu'une plasticité de différenciation relative : les cellules du cordon ombilical ne peuvent actuellement se diviser qu'en cellules de la moelle osseuse et en cellules sanguines [10]

Chapitre I Les cellules souches humaines

1.4.2.2. Utilisations actuelles en thérapeutique

Les neurones foetaux sont actuellement utilisés dans le traitement de pathologies neurodégénératives (Huntington, Parkinson) avec succès [15]. Ces cellules sont également utilisées dans le traitement de foetus atteints d'un déficit immunitaire congénital (cellules souches hématopoïétiques).

Des résultats encourageants proviennent enfin de leur utilisation dans le domaine de ! 'hépatologie où l'on pourrait envisager la transplantation d 'hépatocytes foetaux. Les cellules germinales sont actuellement à l'étude.

1.4.2.3. Avantages de ces cellules

« L'utilisation de cellules foetales à des fins thérapeutiques présente l'avantage d'être peu différenciées, de posséder une grande capacité de multiplication et de transgresser grâce à leur immaturité les barrières d'incompatibilité plus aisément que les cellules souches adultes ».

Ces cellules permettent de réduire le risque de rejet car elles sont faiblement immunogènes. Un avantage essentiel également est un avantage éthique puisqu'on ne travaille ici que sur des foetus issus de produits d'avortements [15]

1.4.2.4. Inconvénients de ces cellules

Deux problèmes majeurs se posent d'un point de vue technique:

• le problème de la disponibilité puisque leur prélèvement nécessite une procédure de consentement maternel parfois difficile à obtenir.

• le problème de la quantité puisque par exemple, pour traiter un patient atteint de la maladie de Parkinson, il faut environ six fœtus

Les cellules du cordon ombilical, que certains chercheurs veulent conserver dès la naissance et durant toute la vie du patient, n'ont pas encore prouvé leur réelle plasticité, et de nombreux travaux restent à faire pour les utiliser dans le cadre de la thérapie régénératrice [10].

1.4.2.5. Utilisations potentielles en thérapeutique

Du fait de leur rareté et de leur disponibilité faible, les scientifiques ne considèrent pas les cellules souches foetales comme un réel espoir de thérapeutique aujourd'hui pour ce qui est du domaine de la thérapie régénératrice. Elles restent étudiées et essentielles dans le traitement de certaines pathologies nerveuses et hépatiques gravissimes.

1.4.3. Les cellules embryonnaires (ES)

1.4.3.1. Description

Les cellules souches embryonnaires, également appelées cellules ES, sont

issues de la masse cellulaire interne de l'embryon au stade blastocyste, structure de 16 à 40 cellules issues de l'oeuf fécondé (5ème jour de développement). A ce stade, les cellules peuvent être extraites, individualisées et cultivées au laboratoire.

Elles sont dotées de capacités d'auto renouvellement quasi-illimitées. De plus, elles se développent sans manifester de phénomènes de vieillissement ou d'anomalies chromosomiques [2].

Elles peuvent également se différencier et donner naissance à tous les tissus de l'organisme selon l'environnement dans lequel on les place, sans pour autant « être

capables de générer, à elles seules, un individu entier » : ce sont des cellules pluripotentes. [ 14]

Ces cellules ont été jusqu'à présent essentiellement étudiées chez la souris où elles ont les mêmes propriétés. De plus, leur génome est facilement modifiable, ce qui peut permettre des facilités concernant des thérapeutiques comme la thérapie génique.

Le problème reste de transposer ces résultats à l'espèce humaine, ce qui n'est pas forcément évident. [ 14]

1.4.3.2. Utilisations actuelles. en thérapeutique

Actuellement, les cellules souches embryonnaires ne sont pas utilisées en thérapeutique chez l'homme, mais font l'objet de nombreuses recherches en Grande-Bretagne et aux Etats-Unis (secteur privé uniquement) essentiellement.

1.4.3.3. Avantages de ces cellules

Les cellules souches embryonnaires peuvent former des lignées stables. Elles sont capables de donner naissance à tous les tissus de l'embryon.

Elles semblent beaucoup plus faciles à isoler et à manipuler que les cellules souches adultes, cependant les conditions de culture des cellules murines ne semblent pas directement transposables à l'homme, et de nombreuses recherches sont donc encore nécessaires « avant que l'on ne puisse en exploiter les propriétés » [ 14].

1.4.3.4. Inconvénients de ces cellules

Il est difficile de se rendre compte dès à présent des inconvénients .de ces cellules au niveau technique puisque les recherches en sont à leur balbutiements : il faut à présent déterminer les signaux qui commandent leur prolifération et leur

Chapitre 1 Les cellules souches humaines

différenciation afin d' « éliminer tout risque tumoral avant que l'on ne puisse envisager une quelconque application thérapeutique» [15].

Un inconvénient essentiel cependant est leur origine qui, d'un point de vue éthique, pose problème. C'est pour respecter l'humain dès le début de sa vie que la loi du 29 juillet 1994 a initialement interdit toute expérimentation sur l'embryon [5]

Un autre problème est celui de l'incompatibilité immunologique puisque ces cellules, si on était amenés à les greffer à un patient, auraient une identité génétique différente de celui-ci, ce qui pourrait engendrer des phénomènes de rejet très regrettables [ 1 O]

Enfin, bien que les cellules ES présentent une bonne stabilité génétique en culture, la :fréquence des mutations spontanées n'est pas négligeable, ce qui constitue un autre frein à leur utilisation en thérapeutique (15]

1.4.3.5. Utilisations potentielles en thérapeutique

Ces cellules semblent présenter de très larges applications [14, 15, 16]:

• leur pluripotente leur confère un avantage unique dans l'

«

qui dictent à une cellule souche sa spécification et !Ja) caractérisation des

gènes qui sont activés en réponse à ces signaux »

• améliorer la réussite des fécondations in-vitro en comprenant les raisons de la mortalité embryonnaire à un stade précoce, les signaux d'implantation dans l'utérus, et peut-être à terme envisager de nouvelles méthodes contraceptives et éviter les grossesses extra-utérines

• explorer le mécanisme des cancers puisque ces cellules sont aptes à la tumorisation : « il est plus que probable que certains facteurs clés dans la régulation du développement embryonnaire interviennent aussi dans l 'apparition de tumeurs »

• créer des tissus qui pourraient être utilisés comme greffes dans certaines maladies (greffe de neurones dans la maladie de Parkinson, de cellules hématopoïétiques dans la leucémie, traitement de l'artériosclérose, du diabète et de certains cancers)

• comprendre les mécanismes qui contrôlent les cellules souches adultes, et

permettre ainsi de développer les applications de ces cellules

• les utiliser à des fins de thérapie génique du fait de leur grande plasticité génomique

• étudier des gènes candidats, des facteurs de transcription, des facteurs de crmssance

• modèle d'embryologie • modèle en pharmacologie

L'application potentielle qui justifie aujourd'hui la large médiatisation de ces cellules est celle de la thérapie régénératrice, puisque ces cellules sont capables de

donner naissance aux trois tissus fondamentaux de l'organisme (endoderme,

mésoderme, ectoderme) puis à tous les types cellulaires de l'embryon. Si l'on arrivait à

maîtriser les signaux qui commandent ces cellules, et si l'on contournait la barrière

immunitaire, il deviendrait alors potentiellement concevable de réparer tous les tissus de l'organisme, avec notamment des applications en neurologie, cardiologie,

myologie, ...

Un des arguments essentiels à l'autorisation de la recherche sur les cellules

souches embryonnaires est qu'il n'existe pas de modèle animal transposable à

l'homme (les travaux sur les primates et les souris sont particulièrement intéressants, mais seulement partiellement vrais chez 1 'homme).

· De plus, le nombre de greffe est limité du fait du peu d'apport de greffons, et les

applications des cellules souches pourraient, si elles venaient à être confirmées, pallier

ce déficit [ 14]

1.4.4. Les cellules issues du transfert d'un noyau somatique (ITNS)

Une dernière source de cellules souches pourrait provenir, si elle était autorisé, de

la technique du transfert de noyau somatique (TNS) [14, 16, 17].

1.4.4.1. Description

Le clonage thérapeutique correspond au transfert du noyau d'une cellule

somatique (de peau par exemple) dans un ovocyte préalablement énuclée pour former

un « pseudo-oeuf». Cet oeuf est mis en culture, se développe pendant cinq jours puis,

au stade blastocyste, on récupère les cellules souches embryonnaires issues de la masse cellulaire interne de cet embryon, et l'on établit des lignées stables.

1.4.4.2. Utilisations actuelles en thérapeutique

Actuellement, le clonage thérapeutique en est encore au stade de recherche fondamentale, et seules des expériences sur les animaux ont pu être réalisées.

1.4.4.3. Avantages de ces cellules

Les cellules issues du transfert de noyau somatique (ITNS) auraient l'énorme

avantage d'être immunocompatibles avec le patient que l'on désire soigner, puisque

Chapitre I Les cellules souches humaines

Elles auront les mêmes potentialités et les mêmes avantages que les cellules souches embryonnaires.

1.4.4.4. Inconvénients de ces cellules

La technique utilisée ici est la même que celle qui peut conduire au clonage reproductif, et des risques de dérive majeurs sont à prévoir si cette technique était autorisée. C'est pourquoi l'avant-projet de loi prévoit son interdiction, à la vue de nos

connaissances actuelles.

Ces cellules ne seront pas forcément immunocompatibles avec le patient soigné puisqu'on s'est aperçu récemment que l' ADN mitochondrial et le cytoplasme de

l'ovocyte pouvaient avoir une influence notable dans les mécanismes de rejet [ 10, 17]

Actuellement, on ne maîtrise pas du tout cette technique : celle-ci présente une

faible réussite chez les vaches et les moutons (pourcentage de réussite inférieur à 1 %),

et s'avère totalement inefficace chez le rat et le lapin. De plus, pour arriver à cloner la

brebis Dolly, les chercheurs ont utilisé 277 ovocytes

Le rendement de la technique est donc un obstacle à sa mise en oeuvre : les embryons clonés meurent le plus souvent après les premières divisions cellulaires. On

estime qu'il faudrait environ 13 ovules pour former un blastocyte normal source de

cellules ES, ce qui laisse e~trevoir le développement d'un véritab~e commerce d'ovules, et donc d'une marchandisation de l'humain. Enfin, on ne sait pas si des risques de dérégulation ou de vieillissement prématuré sont possibles. (15]

1.4.4.5. Utilisations potentielles en thérapeutique

Les applications sont globalement les mêmes que celles des cellules ES, bien que les mécanismes de rejet soient supposés atténués ici, ce qui les rendrait encore

plus intéressantes.

En plus, les cellules ITNS pourront apporter « des précisions sur le rôle des sigrzaux d'origine maternelle, présents dans le cytoplasme de l'ovule, aux premiers stades del 'embryogénèse

»

Notons que cette technique soulève des débats importants quant à son

autorisation potentielle.

1.4.5. Les cellules précurseurs

Elles sont issues de division des cellules souches mais ont déjà acquis, lors de

leur développement un certain degré de spécialisation et sont physiologiquement

dites elles peuvent néanmoins être obtenues en grand nombre à partir cellules souches. Dans certains cas elles pourraient être utilisées en thérapeutiques pour pallier un déficit

transitoire d'un organe ou d un tissu. A cette catégorie appartiennent : les cellules

musculaires, les hépatocytes fœtaux, les précurseurs hématopoïétiques. Les cellules des ilots pancréatiques certains neurones [ 17]

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2.LESRECHERCHESSURLESCELLULESSOUCHES 2.1. Chronologies de la recherche sur les cellules ES

Quelques dates importantes ont marquées l' avancé spectaculaire de la recherche

sur les cellules souches em bryonna1res huma1nes [ 12, 18] :

• 1981 : isolement et culture des cellules souches ES de somis

• 1994 : isolement des cellules de la masse cellulaire interne de blastocyste

huma1ns et leur ma1ntien en culture

• 1995 : isolement des lignées des cellules souches emb1yonnaires de primate, ces

cellules souches embryonnaires sont diploïdes et ont un caryotype normal, elles

sont pluripotentes et ont un type cellulaires dérivées de tous les trois feuillets

primordiaux ou constat que les cellules souches embryonnaires de primates

ressemble aux cellules souches de carcinomes embryonnaires humaines et

permettent de penser qu'il pourrait être possible de produire et de maintenir en

vie des cellules souches embryonna1res huma1nes 1n vitro.

• 1998 : production des cellules souches emb1yonnaires humaines à partiJ.- de la

masse cellulaire interne d'un blastocyste humain cédé par un couple ayant eu

une FIV. Les cellules ainsi obtenues sont cultivées et subissent plusieurs

passages en conservant un caryotype normal, préseivant un taux élevé d'activité

télomérosique et exprimant une variété de marqueur typique de cellules

carcinomes embryonnaires humaines et de cellules embryonnaires de primates

• 2000 : production de cellules souches embryonnaires humaines à partir de la

masse cellulaire interne de blastocystes cédés par des couples 1nscrits en FTV

• 2000 : production de cellules souches emb1yonnaires humaÏJ.1es et leur

différentiation en neurones

• 2003 : production de cellules souches embryonnaires humaines à partir de dents

de lait humaines tombées naturellement

• 2004 : cellules souches emb1yonnaires hmnaines on été obtenues par transfe11

du noyau d'une cellule somatiques d'une femme dans son ovule anucléée.

2.2. Les sûurces d'obtention de cellules souches embryonnaires chez l'homme

Il existe trois sources permettant d'obtenir des cellules ES en France :

• à partir d'embryon dits surnuméraires obtenus lors d'une tentative de

Chapitre 2 Les recherches sur les cellules souches

compatibles avec une congélation « mauvaise qualité morphologiques » soit un

embryon par tentative en moyenne

• à partir d'embryons congelés pour les quels il n'y a plus de projet parental : la

loi française prévoit qu'au bout de 5 ans les embryons non utilisés seront détruites. avec le consentement des parents. Ces embryons peuvent dans

certains pays êtres utihsés pour des recherches spécifiques sous 1e contrôle

d'une haute autorité, il est actuellement impossible de dresser un bilan exacte

sur le plan national car l'ambiguïté de la loi de 1994 n'a pas aidé à la collecte

précise des intentions des couples ayant des embryons congelés [19]

• à partir d'embryons crées par clonage thérapeutique d'une cellule somatique :

ce sont des embryons obtenus par fusion entre le noyau d'une des cellules

somatiques et un ovocyte énuclée. Le gouve1nement britannique a déjà autorisé

cette pratique depuis 2001 ait\"S:i que la Belgique en 2003 à condition que

l'embryon obtenu par cette approche ne soit en aucun cas transféré dans un

utérus d'une receveuse le clonage dit reproductif est aujourd'hui condamné dans pratiquement le monde entier [18]

2.3. Capacités de mise en culture et de prolifération

Certaines cellules souches adultes se multiplient très efficacement en culture, en

conservant intact leurs «potentiel » ; les cellules souches nerveuses, épidenniques ou

mésenchymateuses appartiennent à cette catégorie, d'autres n'ont pas ce pouvoir, soit

parce qu'elles perdent leurs potentiels en ce divisant« cellules souches» [19]

2-4 Culture de cellules souches embryonnaires humaines en laboratoire

Afin de prélever les cellules couches embryonnaires, la membrane externe du

blastocyste est perforée, l'amas cellulaire interne qui renferme les cellules souches est

alors recueillis et transféré dans une boite de pétri contenant un bouillon nutritif

dénommé milieu de culture, le blastocyste est ensuite détruit et ne peut pas poursuivre

son développement, mais les cellules souches embryonnaires humaines peuvent être

cultivées in vitro et donner naissance à une lignée de cellules souches, les lignées de

cellules souches peuvent ensuite être soumise à un traitement de cryoconservation

puis être stockées dans une banque de cellules [ 13]

Pour réussir la culture à besoin en plis de la solution nutritive ; de cellules dites

«nourriciers» jusqu' à récemment on utilisait à cette effet des :fibroblastes de souris,

mais les chercheurs sont aujourd'hui capable de faire profiter des lignées de cellules

nourricières humaines et même de cultiver des souche embryonnaires humaines sans couche nourricières, cela supprime le risque de contamination des cellules humaines

par des virus ou des agents infectieux présents dans les cellules de souris . Si les

vieillissement, une même lignée peut produire des quantités quasi illimitées de cellules souches [ 13]

Outre leurs grandes capacités de différenciation, les lignées de cellules souches embryonnaires ont révélé une grande aptitude à la survie en laboratoire que les autres types de cellules souches [ 13]

Les chercheurs testent les cellules à différents temps du processus d'obtention des lignées de cellules souches embryonnaires ; afin de vérifier si elles présentent les propriétés fondamentales qui font d'elles des cellules souches embryonnaires. Pour les moments ou il n'existe pas de batterie d'essais standard pour mesurer les propriétés fondamentales des cellules, mais plusieurs types d'essais sont utilisés, y compris des tests baser sur la présence de marqueurs de surface et de marqueurs géniques pour les cellules indifférenciées on distingue :

• les cellules souches embryonnaires humaines fraîchement prélevées sur embryon, qui n'ont encore subi aucune modification et qui doivent encore s'établir entant que lignées de cellules souches

• les lignées de cellules souches embryonnaires humaines non modifiées (indifférenciées) correspondant aux lignées de cellules mise en culture qui ont proliféré pendant un ce1tain temps à paitir des cellules souches embryonnaires humaines fraîchement prélevées et qui n'ont subi aucune autre modification. • les cellules modifiées « différenciées » dérivées de cellules souche

embryonnaires humines, correspondant aux lignées de cellule en culture, dérivées de cellules souches emb1yonnaires humaines ou de lignées cellules souches embryonnaires humaines , qui ont été modifiées par manipulation génétique ou par traitement ( expo : facteurs de croissance) pour les amener à se différencier d'une certaines façon, par exemple en cellules précurseurs du muscle (cellules qui ne sont pas totalement différenciées, car sinon elle ne se multiplieraient plus) [ 19,20]

2.5. Intérêt des cellules souches embryonnaires humaines 2.5.1. Intérêt en recherche

• étude moléculaire sur les embryons humains surtout au preniier stade de développement.

• intérêt de telles lignées cellulaires pour étudier le processus de développement biologique dès sa phase initial et discerner ainsi jusqu' on remonte les défauts qui sont à l'origine d'anomalies chromosomiques comme le syndrome de Down.

Chapitre 2 Les recherches sur les cellules souches

• Ces cellules par certaines de leurs caractéristiques (vitesse de division, réactions biochimiques, expressions de gènes), s'apparentent de près à des cellules précancéreuses. Elles constituent dons, par leur état instable, un modèle intéressant pour aborder une situation dans laquelle une cellule peut basculer vers l'état cancéreux, en parallèle avec la recherche génomique.

La recherche sur les cellules souches pluripotentes humaines peut en outre induire des changements importants dans le mode de développement des médicaments et pe1mettre de tester ceux-ci de façon saine et sûre en les testant sur des variétés cellulaires beaucoup plus nombreuses. [17].

2.5.2. Intérêt thérapeutique

Les chercheurs et les médecins fondent de grands espoirs sur les cellules souches embryonnaires, en effet, ces cellules ont un fort pouvoir de multiplication et ont la capacité de générer toutes les cellules spécialisées du corps. Il est donc possible d'obtenir à volonté un nombre illimité de cellules spécialisées d'intérêt, par exemple des cellules produisant de l'insuline. Mais il reste beaucoup d'inconnues et de problèmes à résoudre en particulier celui du rejet. [3]

2.6. Applications potentielles de la recherche sur les cellules souches humaines

La transplantation de cellules souches hématopoïétiques (provenant de la moelle osseuse, du sang périphérique ou du sang de cordon ombilical d'un donneur

sain) est utilisée depuis plus de dix ans pow· traiter notamment les cancers du sang comme la leucémie ou les déficits immunitaires congénitaux. La transplantation autologue (transplantation de cellules souches issues de la propre moelle osseuse ou du propre sang périphérique du patient) a été introduite pour sauver la moelle osseuse des patients qui avaient subi une chimiothérapie à haute dose. Elle est aujourd'hui de plus en plus utilisée en tant que traitement primaire pow· d'autres types de cancers comme le cancer du sein. La transplantation autologue de cellules souches est aussi utilisée à

titre expérimental pour traiter des pathologies auto-immunes difficiles et en tant que vecteur pour la thérapie génie. Aujourd'hui, plus 350 centres en Europe réalisent plus de 18 000 greffes de moelle osseuse par an [ 11, 14 ].

De nouveaux traitements à base de cellules souches (souvent désignés sous le nom de médecine régénérative ou thérapie cellulaire) font actuellement l'objet de recherches, en vue de mettre au point de nouvelles méthodes pour réparer ou remplacer des tissus ou des cellules endommagées à la suite de blessures ou de

maladies, ainsi que pow· traiter des pathologies chroniques graves comme le diabète, la maladie de Parkinson, l'insuffisance cardiaque chronique, les accidents vasculaires cérébraux et les lésions de la moelle épinière. La recherche sur les cellules souches devrait s'avérer tout aussi importante pour la recherche fondamentale que pour d'autres applications médicales spécifiques [21]

a) Pour le développement de nouvelles thérapies basées sur les cellules souches.

Trois démarches thérapeutiques sont actuellement envisagées :

);;> Transplantation de cellules différenciées issues de cellules souches : il est

possible de cultiver des cellules souches et de les amener à se différencier en certains types donnés de cellules au laboratoire, puis de les implanter dans l'organisme (par exemple, des cellules produisant de l'insuline pour traiter le diabète, des cellules musculaires cardiaques pour soigner l'insuffisance cardiaque ou des neurones produisant de la dopamine pour traiter la maladie de Parkinson, etc.). Les types spécifiques de cellules différenciées pourraient être obtenus à partir de cellules souches somatiques ou bien de cellules souches embryonnaires, y compris les propres cellules souches du patient.

);;> Administration directe de cellules souches : dans certains cas, il est possible

et/ou nécessaire d'administrer directement les cellules souches au patient de manière qu'elles colonisent le site visé de l'organisme et qu'elles s'y différencient en permanence en donnant le type de cellules souhaité

);;> Stimulation des cellules souches endogènes : les chercheurs s'intéressent

également aux possibilités d'induction ou de renforcement de l'autoréparation par une stimulation de la propre population de cellules souches du patient,

notamment par l'administration de facteurs de croissance.

Ces nouvelles thérapies à base de cellules souches n'en sont encore qu'à leurs premiers balbutiements. S'agissant en particulier de la transplantation de cellules différenciées issues de cellules souches, plusieurs obstacles scientifiques et techniques devront être levés avant que ces thérapies puissent avoir des applications cliniques ; il

faudra notamment :

• comprendre les mécanismes qui régulent la croissance, le devenir, la différenciation et la dédifférenciation des cellules souches ;

• éliminer le risque de développement de cellules différenciées inadéquates et de cellules cancéreuses ; le risque tumorigène en particulier a beaucoup été évoqué au sujet de l'utilisation des cellules souches embryonnaires humaines car ces cellules forment des tératomes ;

• garantir la fonction et la viabilité des cellules souches ou des cellules qui en dérivent tout au long de la vie du patient ;

• résoudre le problème du rejet immunologique (qui ne se pose pas lorsque l'on peut utiliser les propres cellules souches du patient) [21, 22]

Chapitre 2 Les recherches sur les cellules souches

b) Pour la production de lignées de cellules humaines utilisables pour la mise au point de médicaments au stade préclinique et en toxicologie.

Il est possible d'obtenir à partir de cellules souches humaines différents types de cellules normales pouvant être manipulées génétiquement ou pharmacologiquement en vue de la mise au point de nouveaux médicaments. Ces lignées de cellules constituent sans doute des systèmes biologiques plus pertinents sur le plan clinique que les modèles animaux sur lesquels sont testés les médicaments, et devraient donc contribuer à la mise au point de médicaments plus sûrs et plus efficaces pour lutter contre les maladies humaines, et finalement faire diminuer l'expérimentation animale. Elles offrent également la possibilité de mettre au point de meilleurs modèles in vitro pour faciliter la mise en évidence des risques présentés par les substances chimiques.

c) Pour la compréhension du développement humain.

Les cellules souches embryonnaires humaines devraient livrer de prec1eux renseignements sur les mécanismes du développement qui ne peuvent être étudiés directement sur l'embryon humain in utero, et qui ont pourtant d'importantes conséquences au niveau clinique, notamment les anomalies congénitales, les problèmes de stérilité et les fausses couches.

d) Pour la compréhension des mécanismes de base de la différenciation et de la prolifération cellulaires

La connaissance des gènes et des molécules telles que les facteurs de croissance et les nutriments qui interviennent durant le développement de l'embryon devrait permettre de cultiver des cellules souches en laboratoire et à les amener à se transformer en différents types de cellules spécialisées. Certaines des pathologies les plus graves comme le cancer sont dues à une division et différenciation cellulaires anormales. Une meilleure compréhension des éléments génétiques et moléculaires qui régulent ces processus pourrait livrer des renseignements sur la manière dont ces pathologies se développent, et suggérer de nouvelles stratégies thérapeutiques pour les combattre [15, 20, 22)

3. Exemples de l'utilisation des cellules souches en Médecine.

Les propriétés thérapeutique des cellules souches sont déjà utilisées depuis de

nombreuses années dans deux indication : prélèvement ,mise en culture, et réinjection de

leurs propres cellules souches hématopoïétiques chez des malades atteints de leucémie,

qui ont mis en aplasie cellulaire par une chimiothérapie;et prélèvement ,mise en culture et

greffe de cellules souches de a,nous nous proposons :

• Les applications déjà éprouvées de la thérapie cellulaires (greffes de cellules souches hématoiétiques et de cellules de la peau);

• Les démarches expérimentales (greffes de cellules fœtales et adultes notamment pour le traitement des maladies neurodégénératives) [ 14, 17]

3.1.les application déjà éprouvées de la thérapie cellulaire:

3.1.1. les greffes allegéniques de cellules souches hématopoïétiques(CSH)

Ces greffes ,qui sont destinées au traitement de maladies

hématologiques ,peuvent provenir de trois sources qui sont, dans l'ancienneté de leur

utilisation, la moelle,osseuse, le sang périphérique et le sang placentaire

(Ou sang de cordon )

• Le prélèvement de CSH à partir du sang périphérique

Le recours aux CSH périphériques présente, pour le receveur, l'itérét d'obtenir un

plus grand nombre de cellule qu'avec un prélèvement de moulle.la prise de greffe et la

sortie d'aplasie sont, dans ce cas ,plus rapides.

La greffe nécessite l'administration préalable au donneur ,sans bénéfice personnel

,d'un facteur de croissance dont les risques théoriques sont liés à l'hyperleucocytose qu'il

provoque chez le donneur et qui a conduit ,dans deux cas, à des infarctus du myocarde,

48 heures après son administration .On a pu, d'autre part, relever deux cas rupture de

rate chez des donneurs sains dont l'un était âgé de 17ans .Même si risques sont limités, ils jestifieraient que le donneur bénéficie d'une information particulière qui n'est pas prescrite par les textes, la loi ignorant ce type de prélèvement (14,23]

• Le prélèvement de CSB à partir du sang placentaire

L'itérét de ce type de prélèvement est de fournir des cellules relativement

immatures qui créent moins de réaction immunitaires que les CSH d'origine médullaire ou sanguine. Les greffes de CSH requièrent en effet une identité entre donneur et receveur qui soit la plus parfaite possible, l'idéal étant, dans l'ordre

L'avantage des lymphocytes« naïfs» existant dans le sang placentaire est d'être beaucoup plus tolérants à l'égard des différences d'antigènes existant entre eux et le receveur.

Cependant, le sang placentaire ne peut être recueilli qu'en très faible quantité (quelques dizaines de millilitres) et ne fournit donc qu'un nombre de CSH insuffisant pour un adulte de taille et de poids normaux. L'avenir passe par la mise au point de techniques d'expansion sur lesquelles travaille actuellement une équipe bordelaise.

L'utilisation de cette source de cellules sanguines s'est développée tardivement,

malgré son intérêt, en raison de la plus grande complexité et du coût relativement important des opérations de recueil, typage et stockage par congélation. Les crédits aujourd'hui dégagés devraient permettre de recueillir et de congeler, dans les cinq années à venir, environ 10 000 sangs placentaires. Ainsi sera-t-il possible de traiter des catégories de population qui sont sous-représentées dans les fichiers de donneurs volontaires [24]

3.1.2. Les greffes de peau

Pratiquées aujourd'hui de façon courante, notamment pour le traitement des grands brûlés, ces greffes tirent parti des capacités de régénération dont sont dotées les cellules souches de l'épiderme. On sait qu'une assise cellulaire épidermique s'élimine toutes les 24 à 48 heures par desquamation de la couche cornée et que l'épiderme se renouvelle en totalité en quelques dizaines de jours.

Ces greffes sont, en règle générale, autologues : on prélève par biopsie sur le patient un fragment de peau de très faible dimension que l'on met en culture afin d'en accroître la surface. Le greffon peut ensuite être placé sur la plaie sans susciter de réactions immunitaires.

Les kératinocytes, cellules souches de l'épiderme du patient, sont cultivés sur une matrice de polymères biodégradables. Lorsqu'ils ont proliféré le long de la matrice à l'aide de facteurs de croissance, ils forment un tissu qui peut être placé dans le corps. Parallèlement à la vascularisation, le support biodégradable disparaît en quatre semaines et le tissu se trouve parfaitement intégré à l'épiderme au bout de deux mois [14, 15]

3.2. Les démarches expérimentales en cours

3.2.1. Cellules souches embryonnaires et thérapies cellulaires du système nerveux

Les cellules ES représentent un outil de choix pour le remplacement de cellules au sein de l'organisme et notamment au niveau du système nerveux. En effet, ces cellules ont la capacité de s' auto-renouveler de façon illimitée lorsqu'elles sont placées dans un milieu approprié (contenant du LIF -Leukemia Inhibitory Factor- par

Chapitre 3 utilisation des cellules souches en médecine

Exemple).ce sont des cellules pluripotentes, c'est- à-dire qu'elles peuvent se différencier en tous types de lignages cellulaires, in vitro.

Ces cellules peuvent se différencier en divers types de cellules nerveuses :

Neurones, astrocytes et oligodendrocytes. La différentiation des cellules ES humaines en

cellules nerveuses et leur administration dans le cerveau font l'objet de très nombreuses recherches compte tenu du vaste champ d'application possibles .Nous allons tout

d'abord expliquer les modalités selon lesquelles les cellules ES peuvent se différencier in vitro en plusieurs types cellulaires, puis nous envisagerons les différents essais cliniques réalisés et les obstacles corrélatifs [25, 26]

3.2.2. Différenciation in vitro des cellules ES en divers lignages cellulaires. 3.2.2.1- Caractéristiques des cellules ES cardinales de souris..

Privées de facteurs permettant leur auto- renouvellement (LIF), les cellules ES de souris se différencient spontanément en cellules exprimant des marqueurs

neuroépithéliaux. Ces faits ont conduit à penser que la voie de différentiation en cellules

neurales était une voie

«

autres lignages, nécessitant des inducteurs spécifiques. (Fi~ : 01)

Cellule ES Génétiquement modifiée

Figure 1 : Origine et principales voies de

transdifférenciation da cellules, ES

Différentes étapes correspondant au schéma ci-dessus.

Cellule Pancréatiques Neurones Cardirnyocytes Cellules ossseuses Souris 1ramgénique

1. Prélèvement de cellules ES à partir de la masse interne de blastocytes.

2. Auto-renouvellement des cellules ES par une mise en culture avec des facteurs LIF.

3. Différentiation des cellules ES en corps embryoide (composé de cellules

représentatives des trois feuillets embryonnaires).

seront transplantées, et la quatrième consiste à greffer des neurones postmitotiques déjà engagés dans la voie de différenciation souhaitée [14]

3.2.2.2. Transplantation de cellules immatures. - Greffes de précurseurs de motoneurones spinaux.

Des précurseurs de motoneurones produits à partir de cellules ES ont été

transplantés dans la moelle épinière de poulet afin d'évaluer leur capacité à s'intégrer

et innerver les muscles appropriés.

Ces expériences ont montré que les motoneurones issus de ces précurseurs se localisent, comme les motoneurones endogènes, au niveau ventrolatéral et émettent des axones se développant dans la corne ventrale de la moelle épinière. Ces axones atteignent les cibles musculaires au niveau desquelles ils développent une arborisation

terminale dense différenciée, suggérant une possibilité de jonctions ptnrr -ipus«_ulaires

. ,,.

'·

--

fonctionnelles [14] r' ~ ~~

.·~ .~··

3.i.3. Des études expérimentales aux applications cliniques

s4r;,J~

1

~

~

.

3.~.3.1. Les obstacles liés à la maîtrise de la différenciaf

.

La greffe de précurseurs issus de cellules ES serait préférable à celle·

ae

-

~ellules

matures pour une réparation tissulaire car l'innocuité de cette dernière n'est pas atteinte. Ces précurseurs neuronaux sont en effet capables de se différencier en différents lignages en fonction de leur environnement moléculaire. Le problème repose

sur le fait que les populations de cellules précurseur sont hétérogènes : elles sont

constituées de précurseurs de nature et de degré de matw.i.té différents.

Ainsi, ces précurseurs peuvent se différencier en de nombreux types cellulaires, une fois transplantés. Il faudra donc apprendre à maîtriser les caractéristiques

spécifiques des précurseurs et contrôler leur différenciation après une transplantation.

Actuellement, aucune méthode inductive ne permet d'obtenir un seul type de lignée

cellulaire à partir de cellules ES. Une stratégie de sélection génétique, utilisant des

éléments de régulation de gènes spécifiques d'un lignage cellulaire, a été menée avec

succès. Elle a permis un enrichissement en certaines cellules différenciées (précurseurs

neuronaux, cardiomyocytes et cellules

p

régulation de gènes codant respectivement pour le facteur de transcription pan-neural

sox2, la myosine et l'insuline [29]

3.~.3.2. Les obstacles liés aux transferts des technologies aux cellules hES.

Les étapes maîtrisées pour les cellules ES (amplification, auto-renouvellement,

différenciation, modification génétique ... ), ne le sont pas encore pour les cellules hES.

D'autre part, il faut absolument prouver, évaluer l'innocuité de la

Chapitre 3 Utilisation des cellules souches en médecine

Le modèle singe rhésus constitue le modèle privilégié en raison des fortes similitudes dans les régions corticales et sous corticales avec le cerveau humain.

3.1'.3.3. Les obstacles liés aux phénomènes de rejets immunologiques.

Comme dans toute greffe, le rejet représente une cause d'échec importante dans le cas d'allo-transplantations. Les risques peuvent être diminués par un traitement immunodépresseur ou un choix du donneur assurant une proximité immunologique.

Des stratégies visant à modifier les gènes sur système d'histocompatibilité du greffon ont été envisagées et testées chez la souris, comme l'inactivation des gènes du CMH, mais le rejet n'a pas pu être évité [24]

3.3. Les cellules souches nerveuses adultes.

Les cellules souches nerveuses (SCN s) sont des cellules souches qui ont des activités d'auto-renouvellement et qui sont capables de générer différents types de cellules à l'intérieur du système nerveux central (neurones, astrocytes, et oligodendrocytes) et d'autres types cellulaires en fonction des conditions environnementale.

Le cerveau des mammifères a été très longtemps considéré comme le lieu d'un turn-over très lent avec une très faible capacité de renouvellement des CSNs. Le dogme du non-renouvellement a été abattu puisque les recherches ont montré que les cellules souches du cerveau adulte ont une capacité d'auto-renouvellement et de production de progéniteurs différenciés in vitro et in vivo. Il a été ensuite révélé que dans le cerveau adulte de tous mammifères, des cellules souches assurent une production continue de neurones tout au long de la vie sont localisées dans deux régions : le gyms dentatus de l'hippocampe et la zone sous ventriculaire du télencéphale (ZSV). Les cellules souches de la ZSV migrent dans le bulbe olfactif en suivant la voie de migration rostrale puis s'y différencient en neurones granulaires. Plusieurs expériences (12) ont mis en évidence la plasticité de ces cellules souches : des cellules de la ZSV d'une souris adulte transplantées dans différentes parties dus système nerveux de souriceaux nouveaux-nés ou adultes se différencient en neurones spécifiques de la région dans laquelle la greffe a été effectuée. Caractéristiques et comportements des cellules souches nerveuses [ 14]

3.J.1 Les espoirs et les limites des applications thérapeutiques utilisant les cellules souches nerveuses

Les propriétés des cellules souches nerveuses apportent un espoir thérapeutique concernant les différents types d'altération du système nerveux. Le cerveau des mammifères présente une faible capacité de régénération et cette caractéristique est sans doute liée d'une part à des facteurs inhibiteurs de la neurogenèse présents dans le microenvironnement des CSNs et d'autre part à un nombre de progéniteurs en quantité insuffisante pour réaliser des réparations très importantes [ 11, 13]