Les
cellules souches adultes et leurs potentialités d'utilisation en recherche et
en thérapeutique
comparaison
avec les cellules souches embryonnaires
Rapport
établi à la demande de Roger-Gérard Schwartzenberg, ministre de la Recherche,
par le groupe de travail présidé par François Gros, secrétaire perpétuel de
l'Académie des Sciences.
II - Intérêt thérapeutique des cellules souches adultes
a)
Etat actuel des possibilités de réparation d'organes ou de tissus pathologiques par transplantation ou greffes
1) Tissus dont le remplacement peut être assuré par l'utilisation de cellules souches adultes en thérapeutique:
2) Organes actuellement réparés par transplantation d'un organe sain.
3) Organes/tissus ne bénéficiant pas d'une transplantation d'organe ou d'une greffe de cellules souches.
b) Cellules souches adultes : état des travaux actuels - nouvelles données expérimentales et perspectives
1) Organes ou tissus dans lesquels on a identifié des cellules souches
2) Nouvelles données expérimentales sur les cellules souches adultes
3) Conditions d'utilisation des cellules souches adultes en thérapeutique humaine
III - Utilisation de cellules souches embryonnaires
a) Qu'apporte l'utilisation de cellules embryonnaires ?
b) Pourquoi le développement de travaux fondamentaux sur les cellules embryonnaires humaines s'avère-t-il urgent ?
IV - Bibilographie
V - Conclusions
VI - Recommandations
Questionnaire
Contributions individuelles
*
*
*
Composition du groupe de
travail
Monsieur
Yann BARRANDON - Directeur
de Recherche - Département
de différenciation épithéliale - Ecole
Normale Supérieure
Madame
Fabienne BONFILS
- Chargée de Mission
- Académie des sciences
Madame
Colette BREZIN -
Chargée de Mission
- Académie des sciences
Madame
Gillian BUTLER-BROWNE
- Directeur de Recherche à l'INSERM -
UMR 7000 du CNRS - Cytosquelette et Développement - Hôpital
de la Pitié Salpétrière
Madame
Marina CAVAZZANA-CALVO - Praticien
hospitalier - Directeur du laboratoire de thérapeutique cellulaire et génique
-
INSERM U. 429
- Hôpital Necker - Enfants malades
Monsieur
Pierre CHARBORD - Directeur
de Recherche INSERM - Unité
506 " Ontogénèse de l'hématopoïèse "
-Hôpital
Paul Brousse
Madame
Laure COULOMBEL - Directeur
de Recherche - INSERMINSERM
- U.474Hôpital
Port Royal
Monsieur
René FRYDMANProfesseurConseiller
du Ministre de la Recherche
Monsieur
François GROS - Secrétaire
perpétuel - Académie
des sciences
Monsieur
Louis-Marie HOUDEBINE - Laboratoire
de biologie cellulaire et moléculaire - INRA
Monsieur
Didier MONTARRAS - Chef
de Laboratoire - Développement
cellulaire - Institut
Pasteur
Monsieur
Vincent MOULY - Chargé
de Recherche au CNRS - UMR
7000 du CNRS -Cytosquelette et Développement - Hôpital
de la Pitié Salpétrière
Monsieur
Bruno PEAULTDirecteur
de l'Unité INSERM 506 - Unité
"Ontogenèse des cellules sanguines" - Hôpital
Paul Brousse
Monsieur
Marc PESCHANSKI - Directeur
de l'Unité INSERM U.421 - Faculté
de Médecine Créteil
Monsieur
Christian PINSET - Directeur
de Recherche CNRS - Développement
cellulaire - Institut
Pasteur
Monsieur
Alain POMPIDOU - Professeur - Service
d'Histologie - Faculté
de Médecine Cochin
Monsieur
Jean-Paul RENARD - Directeur
de Recherche INRA - Laboratoire
de biologie cellulaire et moléculaire - INRA
Monsieur
Jean ROSA - Professeur - Membre
de l'Académie des sciences
Monsieur
Marc TARDIEU - Professeur
de Pédiatrie - Chargé
de Mission - Direction
de la Recherche - Département Biologie, Médecine, Santé
- Ministère de la Recherche
Madame
Anne WEBER - Directeur
de Recherche - INSERM
E.M.I. 00-20 - Hôpital
Béclère
- Secrétariat : Nathalie ZAJDMAN
*
*
*
Considérations
générales et recommandations
De nombreux débats ont eu lieu récemment aux Etats-Unis,
et en Europe (en Angleterre et en Allemagne) concernant la justification d'une
recherche sur les cellules souches embryonnaires humaines, et sur leur utilité
thérapeutique pour réparer certains tissus lésés. Le problème s'est amplifié
à la suite de l'identification, dans certains tissus animaux adultes, de
cellules souches capables d'assurer la régénération de plusieurs organes (phénomène
dit de plasticité régénérative). Ces résultats spectaculaires ont conduit
à s'interroger sur l'utilité d'une recherche sur les cellules souches
embryonnaires, l'argument avancé étant que pourraient exister, chez l'adulte,
des cellules capables d'effectuer le même travail. Ce débat a trouvé un écho
en France, et le Ministre de la Recherche, Roger-Gérard Schwartzenberg, a
sollicité l'avis de l'Académie des Sciences à ce sujet. Ce texte résume les
conclusions de discussions réunissant des scientifiques de disciplines diverses
(voir composition du groupe de travail et chapitre IV) concernés par ce problème.
I-
Définitions
Le
terme de " cellule souche " est utilisé pour désigner une cellule
qui, lorsqu'elle est placée dans un environnement tissulaire approprié, est
capable de se multiplier (capacité de prolifération) et de produire des
cellules spécialisées, qui acquièrent une morphologie et une fonction spécifiques
du tissu. Ce processus dit de différenciation, est (classiquement) irrréversible.
Une cellule souche n'exprime, quant à elle, aucune spécialisation, on la dit
" indifférenciée ". Les cellules souches embryonnaires se
distinguent des cellules souches adultes par une propriété essentielle : elles
ont la possibilité de conduire à la formation de tous les tissus de
l'organisme, y compris à celle de la lignée germinale. Les cellules souches
adultes sont, pour leur part, déjà engagées 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 (multipotence),
elles ne sont pas comme leurs homologues embryonnaires, totipotentes.
Il
existe 3 types de cellules souches: les cellules souches des tissus adultes, les cellules souches foetales,
(parmi lesquelles on peut distinguer des cellules souches somatiques et des
cellules germinales dites EG pour Embryonic Germ cells), les cellules souches
embryonnaires totipotentes, dites ES, pour Embryonic Stem cells . A côté de
ces trois types de cellules souches, il convient de prendre également en considération
les cellules dites " précurseurs ".
a)
Cellules souches adultes
Il
nous apparaît que la meilleure façon de définir une cellule souche est sa
fonction : une cellule souche tissulaire (dite somatique pour la distinguer des
cellules souches germinales) assure l'homéostasie, c'est-à-dire le maintien
physiologique d'un organe ou d'un tissu , en remplaçant les cellules mortes,
que ce soit naturellement ou après une lésion, assurant ainsi la pérennité
de la fonction de l'organe pendant la vie de l'individu. Elle remplit cette
fonction, d'une part en se multipliant à l'identique (ce qui évite le
tarissement du réservoir de cellules souches), d'autre part en se différenciant,
acquérant ainsi les caractéristiques du tissu à réparer.
Localisation
: Des cellules souches répondant à cette définition et capables de " réparer
" les tissus suivants ont été identifiées avec certitude chez l'homme :
cellules souches nerveuses [1], hématopoïétiques [2], épidermiques [3],
intestinales [4], osseuses [5], pancréatiques, hépato-biliaires, musculaires
lisses, musculaires squelettiques [6]. Les cellules souches de trois tissus
(sang, peau, intestin) fonctionnent en permanence, pendant la vie, pour
renouveler régulièrement l'ensemble des cellules. Hormis celles de l'intestin,
les deux autres sont déjà utilisées avec succès en thérapeutique. Quant à
celles des autres tissus, elles ne sont activées que lorsque la nécessité
d'une réparation se fait sentir.
Caractéristiques [7] : Les très
nombreux travaux expérimentaux réalisés in vitro, ou après transplantation
chez l'animal, permettent d'attribuer aux cellules souches adultes les caractéristiques
suivantes qui les distinguent des cellules ES :
1
- elles ne sont pas considérées comme " pluripotentes " et sont généralement
" programmées " pour un tissu donné ;
2
- elles ne se multiplient pas à l'infini à l'état indifférencié ;
3
- elles sont très hétérogènes, compte tenu de la diversité des tissus de
l'organisme auxquels elles appartiennent.
Certaines
sont " multipotentes " : elles peuvent produire des cellules de
morphologie et de fonction très différentes, généralement groupées au sein
d'un même organe ou tissu. C'est le cas des cellules souches hématopoïétiques,
qui produisent toutes les cellules sanguines : globules rouges, blancs et
lymphocytes et certaines structures vasculaires. C'est aussi le cas des cellules
souches nerveuses, qui produisent les neurones, mais aussi les cellules
accessoires du système nerveux (astrocytes, oligodendrocytes). D'autres sont au
contraire " unipotentes ". Elles ne produisent qu'un seul type de
cellules : il en est ainsi, les cellules de l'épiderme qui ne produisent que
des kératinocytes. D'autres enfin ont un potentiel intermédiaire : c'est le
cas des cellules souches mésenchymateuses, localisées dans la moelle osseuse
et qui produisent des cellules osseuses, cartilagineuses, et peut-être
musculaires ; ou encore des hépatocytes fœtaux, qui produisent des hépatocytes
et des cellules biliaires [8].
Capacités de mise en culture et de prolifération :
certaines cellules souches adultes se multiplient très efficacement en culture,
en conservant intact leur " potentiel " : les cellules souches
nerveuses, épidermiques, ou mésenchymateuses, appartiennent à cette catégorie.
D'autres n'ont pas ce pouvoir, soit parce qu'elles perdent leur potentiel en se
divisant (cellules souches hématopoïétiques), soit qu'elles prolifèrent très
peu in vitro (cellules souches musculaires). Ce comportement in vitro n'est pas
prédictif de leur potentiel prolifératif in vivo mais est essentiel pour leur
manipulation dans un but thérapeutique.
b) Cellules souches fœtales
Elles
sont issues de tissus fœtaux à un stade beaucoup plus tardif (5-9 semaines)
que le stade de blastocyste embryonnaire et sont isolées à partir de fœtus résultant
d'avortements. On distinguera ici deux classes :
Cellules
somatiques fœtales :
Comme
les tissus adultes, les tissus fœtaux contiennent des cellules souches : deux
de ces tissus sont particulièrement importants dans une perspective thérapeutique
: (i) les cellules souches des zones germinatives du système nerveux central
[9], dans le traitement de certaines pathologies neurodégénératives
(maladie de Parkinson ou de Huntington) [10]. En effet, l'allogreffe de
neurones fœtaux a prouvé son efficacité, tandis que, dans ce cas,
l'utilisation de cellules souches nerveuses adultes, (pour autant qu'elles
existent), est totalement exclue. (ii) les hépatocytes fœtaux qui font
l'objet d'une recherche active en vue de transplantation [11].
Cellules
germinales (EG) :
Elles
sont issues de l'ébauche du tissu germinal de fœtus. Elles sont "pluripotentes
" comme les cellules ES et ont la même capacité de prolifération que
ces dernières. Leur génome est toutefois moins stable que celui des ES, ce
qui les rend, pour l'instant,inutilisables dans une perspective thérapeutique, alors qu'elles
ouvrent d'importantes perspectives en recherche fondamentale [12].
c) Cellules embryonnaires ES
pluripotentes
Elles
sont issues de la masse interne du " blastocyste ", une structure de
16-40 cellulesissues des divisions de l'ovocyte fécondé. Le feuillet externe du
blastocyste donnera le placenta. S'il est implanté dans l'utérus, le
blastocyste entier peut se développer en un fœtus viable. Au stade de
blastocyste (5ème jour de développement), chacune des cellules de la masse
interne du blastocyste (ES) est pluripotente, voire totipotente puisqu'elle peut
produire tous les feuillets embryonnaires (mésoderme, endoderme, ectoderme) et
les tissus qui en dérivent, ainsi que les cellules germinales. Une fois le
blastocyste dissocié, les cellules ES qui en sont extraites ont perdu toute
possibilité de se développer ultérieurement en un embryon ; cependant, elles
peuvent être cultivées au laboratoire à l'infini tout en conservant leur
caractère de " pluripotence " et en gardant un génome intact. Il est
donc possible d'obtenir des millions de cellules ES pluripotentes à partir d'un
petit nombre de cellules embryonnaires de blastocyste. Placées dans des
conditions de culture précises, ces cellules ont également la capacité de se
différencier en des cellules spécialisées correspondant à tous les tissus de
l'organisme (coeur, sang, neurones,.....), les cellules ES pouvant reformer un
embryon mais à la stricte condition qu'elles soient réintroduites dans un
blastocyste appelé hôte. En aucun cas, elles ne sont capables de générer, à
elles seules, un embryon viable.
d) Cellules
précurseurs
Quoiqu'on
ne puisse pas réellement les placer sur le même plan que les trois types précédents,
une mention doit être faite de ce que l'on appelle les cellules " précurseurs
". Elles sont issues des divisions des cellules souches mais ont déjà
acquis, lors de leur développement, un certain degré de spécialisation et
sont physiologiquement fonctionnelles.Bien qu'ayant perdu les caractéristiques des cellules souches proprement
dites (elles ne sont plus multipotentes, se divisent moins longtemps et moins
efficacement)elles peuvent néanmoins être obtenues en grand nombre à partir des
cellules souches. Dans certains cas, elles pourraient être utilisées en thérapeutique
pour pallier un déficit transitoire d'un organe ou d'un tissu.A cette catégorie appartiennent : les cellules musculaires (dites
satellites), les hépatocytes fœtaux, les précurseurs hématopoïétiques, les
cellules des îlots pancréatiques (diabète), certains neurones...
II- Intérêt thérapeutique des
cellules souches souches
Notre comité a été chargé de
s'exprimer sur les bénéfices thérapeutiques comparatifs que l'on peut
attendre de l'utilisation des cellules souches adultes et des cellules souches
embryonnaires.
a) Etat
actuel des possibilités de réparation d'organes ou de tissus pathologiques,
par transplantation ou greffes
Actuellement,
deux possibilités existent pour réparer un organe ou un tissu lésé : soit on
le remplace en totalité (transplantation d'organe), soit on y implante des
cellules capables de pallier, partiellement ou totalement, le dysfonctionnement.
Le choix dépend du type d'organe, de sa complexité, de sa capacité de réparation
spontanée (à partir de ses propres cellules souches), de l'étendue et de la
nature des lésions. Schématiquement, on distingue plusieurs possibilités
:
1)
Tissus dont le remplacement peut être assuré par l'utilisation de cellules
souches adultes en thérapeutique :
Cellules sanguines : Le
receveur malade reçoit, à partir d'un donneur sain, la moelle osseusecontenant les cellules souches hématopoïétiques qui vont produire,
chez le receveur, des cellules sanguines normales pendant la vie de l'individu
transplanté [13].
Peau : le patient malade est
greffé avec une " peau artificielle " obtenue par la multiplication
en culture de cellules souches épidermiques prélevées sur une portion de peau
saine du malade. Il y a dans ces conditions réparation de l'épiderme et du
derme superficiel [14].
Os : Dans les grands dégâts
osseux, la réparation osseuse est accélérée par l'implantation de matériaux
artificiels et de cellules souches mésenchymateuses, isolées à partir de la
moelle osseuse du patient, cellules capables de produire des cellules osseuses
(ostéoblastes) [15].
Cerveau
: Dans certaines maladies dégénératives (Maladies de Parkinson ou de
Huntington) il est actuellement possible d'implanter dans le cerveau malade des
neurones fœtaux et d'améliorer la symptomatologie des malades [16-18].
Pancréas : Pour ce dernier
organe aussi, il existe de rares exemples de greffes de pancréas ou de cellules
sécrétrices d'insuline dans des diabètes instables [19], mais la généralisation
de ce type de greffe n'est pas envisageable actuellement [20].
2)
Organes actuellement réparés par transplantation d'un organe sain :
Foie , rein, ou cœur : ces
organes au fonctionnement très complexe sont actuellement réparés par la
transplantation au receveur malade de tout ou partie d'un organe déjà
fonctionnel prélevé chez un donneur sain, vivant (cas du rein) ou décédé.
Une telle transplantation obéit à des contraintes strictes et comporte des
risques qui en limitent l'application à un nombre très restreint de malades.
Le petit nombre de donneurs est un obstacle important au développement de ces
greffes et l'obligation de traitements immunosuppresseurs est à considérer.
3)
Organes/tissus ne bénéficiant pas d'une transplantation d'organe ou d'une
greffe de cellules souches :
Plusieurs organes sont dans
ce cas : muscle, cerveau, intestin (sauf à de très rares exceptions), pancréas.
Les limitations des greffes
d'organes évoquées ci-dessus justifient la recherche d'autres sources de
cellules " réparatrices ". Les données scientifiques suggèrent que
cet objectif n'est pas irréaliste, mais une longue étape de recherche
fondamentale doit en établir, chez l'homme, la faisabilité. Ces travaux
doivent être entrepris de façon urgente, compte tenu de l'impact majeur qu'une
utilisation de cellules souches thérapeutiques ou de cellules " précurseurs
" pourrait avoir dans le domaine médical. Le succès de stratégies thérapeutiques
utilisant des cellules souches hématopoïétiques (greffe de moelle osseuse),
des cellules nerveuses fœtales (pathologies neurodégénératives), des
cellules mésenchymateuses (pathologies osseuses : essais cliniques en cours),
ou des cellules souches épidermiques (grands brûlés), sont autant d'arguments
plaidant en faveur d'une telle hypothèse. Certaines prédictions suggèrent que
30 à 50% de la population pourrait, dans le futur, bénéficier du développement
de ces thérapeutiques.
b)
Cellules souches adultes: état des travaux actuels - nouvelles données expérimentales
et perspectives
1)
Organes ou tissus dans lesquels on a identifié des cellules souches :
Par analogie avec la
classification utilisée ci-dessus, il faut distinguer deux catégories de
tissus : ceux qui sont renouvelés en permanence par des cellules souches, et
ceux qui contiennent des cellules souches " de réserve ", qui ne sont
pas actives spontanément [21].
-
Comme
nous l'avons déjà souligné, les cellules de trois organes se renouvellent en
permanence pendant la vie : le tissu sanguin, l'épiderme, l'intestin (et dans
une moindre mesure : l'os et l'épithélium respiratoire). Ce renouvellement est
la preuve physiologique de l'existence de cellules souches actives. Ces cellules
souches sont, à l'exception de celles de l'intestin, déjà utilisées en thérapeutique.
-
Nombre
d'organes ou de tissus adultes contiennent probablement des cellules souches,
mais celles-ci sont peu ou pas actives et incapables de réparer efficacement
(du moins dans l'état actuel des recherches) une lésion ou un
dysfonctionnement de l'organe. C'est ainsi que l'on a décrit des cellules
souches adultes dans le foie, le cerveau, le pancréas, la rétine, l'épithélium
respiratoire [22], certains vaisseaux [23]. Le foie est un cas particulier car
il contient deux types de cellules réparatrices [8] capables de combler une
perte tissulaire partielle voir 3.
Or, jusqu'à maintenant,
plusieurs obstacles s'opposaient en effet à l'utilisation expérimentale et thérapeutique
des cellules souches adultes :
.
Les
cellules souches de ces organes sont enfouies dans le tissu, et donc très
difficiles d'accès (foie, cerveau, muscle, intestin, pancréas...),
·
Elles
existent en nombre infime et l'absence de marqueurs spécifiques connus ne
permet pas de les purifier,
·On
ne connaît pas les conditions permettant de les faire se multiplier in vitro
(exception faite des cellules souches nerveuses),
·On
ne dispose pas de modèles mimant la situation observée chez l'homme pour évaluer
leur fonction,
·Dans
les maladies avec anomalies génétiques, celles-ci se perpétueraient au cours
des divisions si les greffes sont de type autologue,
·
Des anomalies de
structures de l'ADN (à la suite d'expositions à la lumière, aux toxiques
entraînant des erreurs de réplication) seraient maintenues.
2)
Nouvelles données expérimentales sur les cellules souches adultes
Plusieurs
observations remarquables issues de la recherche fondamentale ont modifié notre
approche expérimentale du problème des cellules souches adultes au cours de
ces deux dernières années. Elles auront certainement un grand retentissement
en thérapeutique, car elles apportent une réponse possible aux difficultés énoncées
ci-dessus. Il convient cependant d'être prudent car toutes ces données
proviennent de travaux réalisés chez l'animal, et peu d'entre eux ont été
reproduits chez l'homme.
Les
observations récentes dont il est fait état ci-après indiquent que des tissus
d'accès facile pourraient être en fait des réservoirs de cellules souches réparatrices
de plusieurs tissus d'utilisation physiologique aisée. Le résultat le plus
spectaculaire concerne la moelle osseuse : elle contient non seulement des
cellules souches du tissu sanguin (hématopoïétiques), et du tissu osseux et
cartilagineux [24-25] mais aussi des cellules souches qui, implantées dans un
muscle squelettique, produiront des cellules musculaires [26-27], des cellules
souches du foie [28], et peut-être des cellules souches capables de produire
certaines catégories de cellules nerveuses [29]. La moelle osseuse étant
facilement accessible chez tout individu, et à tout âge, cette observation
peut suggérer que ce tissu serait une source de cellules réparatrices pour
nombre de tissus. La réalité de ce phénomène a été établie chez l'animal
(souris) et uniquement dans le cas du muscle et du foie, mais son efficacité
demeure encore faible. Deux autres tissus adultes, le muscle et le cerveau,
contiennent également plusieurs types de cellules souches : le muscle contient
des cellules souches hématopoïétiques [30], et certaines régions du cerveau
des cellules souches nerveuses aussi capables de différenciation en cellules
musculaires [31] ou en cellules sanguines [32]. Ces derniers résultats ne
reposent cependant que sur très peu de données et méritent d'être confirmés.
Dans
les expériences rapportées ci-dessus, on ignore encore si, dans la moelle
osseuse, plusieurs cellules souches distinctes co-existent, ou si une seule
cellule souche pourrait se " différencier " pour produire diverses
cellules spécialisées. Si tel était le cas, cela signifierait que certaines
cellules souches tissulaires ont des propriétés proches de celles de cellules
embryonnaires, c'est-à-dire qu'elles sont capables de produire des cellules de
plusieurs tissus (phénomène dit de " plasticité ").
En
résumé, les exemples les plus démonstratifs illustrant ces résultats récents
sont les suivants :
·La
moelle osseuse de souris et de rat adultes contient des cellules capables de réparer
le foie [28], le muscle [33], le système nerveux [29,34] et, - ce qui était
connu auparavant- le tissu sanguin et l'os [35-36] et peut-être certains
vaisseaux,
·Les
cellules souches nerveuses adultes de souris peuvent produire non seulement des
neurones (homme et souris), mais aussi, lorsqu'elles sont dans les conditions adéquates,
des cellules musculaires (homme et souris) [31] et sans doute égalementdes cellules sanguines (souris) [32],
·Les
cellules " mésenchymateuses " présentes dans la moelle osseuse
adulte produisent des cellules osseuses et cartilagineuses et peut-être, des
cellules nerveuses [5, 29, 34]. Ces données sont validées chez l'homme [25,
37],
·Les
cellules issues de muscle adulte de souris produisent des cellules musculaires
et aussi des cellules sanguines [30, 38].
Il n'est donc pas exclu que
l'on puisse, à partir d'un prélèvement de moelle osseuse adulte, démontrer
qu'il est possible d'améliorer certaines pathologies touchant des organes tels
que le foie, le muscle ou certaines maladies neurodégénératives, pour
lesquelles les thérapeutes sont actuellement assez démunis.
Une telle perspectiveprésenterait de nombreux avantages :
·La
facilité de prélèvementdu tissu
(moelle osseuse),
·La
possibilité de pouvoir utiliser la moelle osseuse propre au patient comme
source de cellules souches réparant le tissu lésé, une situation de greffe
autologue particulièrement favorable puisqu'elle éviterait le recours aux
donneurs et éliminerait le risque de rejet, ainsi que le recours aux
immunosuppresseurs,
·La
possibilité de créer des " banques " de cellules souches
compatibles, s'il s'avère que les cellules peuvent être amplifiées in vitro
au laboratoire,
·Peut-être,
à terme, l'espoir de stimuler, directement chez le malade, la migration de ces
cellules souches vers le tissu lésé, et d'orienter leur différenciation dans
une voie tissulaire spécifique.
3)
Conditions d'utilisation des cellules souches adultes en thérapeutique humaine
:
A l'exception des cellules
souches de la peau et du tissu hématopoïétique déjà utilisés avec succès
en thérapeutique réparatrice, l'utilisation d'autres cellules souches
tissulaires adultes, pour séduisante qu'elle soit compte tenu des données évoquées
ci-dessus, est encore purement spéculative et ne repose que sur les résultats
décrits dans une dizaine d'articles de recherche fondamentale publiés au cours
des années 1999-2000 et chez des modèles animaux [28, 30-32, 39]. La rareté
des données actuellement publiées chez l'homme, si elle écarte l'hypothèse
d'une utilisation à court-terme (< 5 ans) de cellules souches adultes en thérapeutique,
rend indispensable en revanche leur étude sur un plan fondamental qui seule
documentera leur potentiel intérêt thérapeutique.
De
ce qui précède, il nous apparaît que les principaux objectifs à atteindre
dans une optique thérapeutique sont de deux ordres :
-
Sur un plan fondamental :il est essentiel
·D'obtenir
la preuve que chez l'homme comme chez l'animal, la moelle osseuse, et éventuellement
d'autres tissus adultes (dont le muscle) contiennent plusieurs types de cellules
souches tissulaires,
·De
déterminer le degré de " pluripotence" de cellules souches adultes,
musculaires, nerveuses, ou hématopoïétiques: sont-elles capables de
s'orienter vers la fabrication de plusieurs tissus, au choix de l'expérimentateur
?
-
Dans l'hypothèse d'une
application pratique future, il est essentiel dedéterminer les conditions d'obtention d'un nombre de cellules souches
adultes (ou de cellules spécialisées obtenues en culture à partir de la différenciation
de cellules souches) suffisant et compatible avec la réparation tissulaire in
vivo chez le patient. Cela implique les opérations suivantes :
·définir les facteurs nutritifs dont ces cellules ont besoin pour se
multiplier, tout en gardant intacte leur capacité de produire des cellules spécialisées
réparant le tissu in vivo et caractériser la nature des gènes permettant
cette multiplication importante,
·identifier les signaux spécifiques d'un environnement tissulaire donné
qui dictent la différenciation des cellules souches pour former ce tissu, et
caractériser la nature des gènesactivés
lors de cette induction [39],
·évaluer
la fonction des cellules ainsi traitées hors de l'organisme, il faut définir
des modèles animaux aussi proches que possibles de la physiologie humaine, et y
vérifier la réalité de l'utilisation de cellules souches adultes.
Plusieurs obstacles
compliquent l'étude des cellules souches tissulaires adultes en l'état actuel
de nos connaissances : leur rareté, l'absence de marqueurs connus permettant de
les purifier, notre ignorance des conditions de leur multiplication et de leur
capacité à intégrer et à exprimer des gènes dans une perspective de thérapie
génique. C'est dans ce contexte de recherche fondamentale que l'utilisation de
cellules embryonnaires revêt toute son importance.
III- Utilisation de cellules
souches embryonnaires humaines
a)
Qu'apporte l'utilisation de cellules embryonnaires ?
La " pluripotence "
intrinsèque des cellules souches embryonnaires leur confère un avantage unique
pour analyser les signaux qui " dictent " à une cellule souche sa spécification,
et pour caractériser les gènes qui sont activés en réponse à ces signaux.
Cette propriété a été exploitée depuis les années 1980 chez la souris.
Chez cette espèce en effet, les cellules souches embryonnaires (ES) sont
particulièrement faciles à cultiver. Leur utilisation a permis des progrès
considérables dans notre connaissance des gènes clés contrôlant le développement
et le fonctionnement des différents tissus et organes [40].
Parmi les autres avantages des
cellules ES murines, citons :
-
Leur capacité de prolifération quasi-illimitée au
laboratoire (sans qu'elles soient capables pour autant de reformer un embryon
viable). Ceci permet l'accumulation d'un nombre très élevé de cellules, et
l'isolement de lignées permanentes ayant les mêmes caractéristiques que les
cellules primaires. Les travaux de recherche peuventêtre réalisés à partir de ces lignées.
-
Les cellules ES conservent un génotype et un caryotype
normaux. Malgré leur taux de prolifération, elles n'accumulent pas de
mutations.
-
Elles sont pures, et donc leur potentiel est identique.
-
Elles se prêtent à une grande facilité d'analyse et de
modification de leur génome : on peut y insérer ou " déléter " des
gènes dont on postule l'importance pour la réalisation d'un programme
tissulaire donné, ce qui permet d'analyser (vérifier) les conséquences
fonctionnelles de ces perturbations.
-
Le déclenchement de leur différenciation peut s'opérer,
à la demande, dans tel ou tel tissu, grâce à l'ajout de molécules régulatrices[41-44].
-
Les cellules embryonnaires constituent certainement une
source privilégiée de signaux inducteurs puisque c'est au stade embryonnaire
que se décide l'organogenèse, c'est-à-dire la mise en place des différents
organes /tissus qui constitueront l'organisme adulte. Ces signaux pourraient être
(chimiquement) identifiés et " purifiés " à partir de ces cellules
ES ou de leur descendance, puis utilisés pour la spécification de cellules
souches tissulaires adultes [39].
Néanmoins, même si le fonctionnement de certains tissus
est globalement très similaire chez l'homme et chez la souris, il est cependant
difficile d'extrapoler à l'homme les conclusions tirées de l'étude des
cellules souches embryonnaires de la souris. En effet, à un échelon de régulationplus fin, les molécules régulatrices divergent, et d'autres critères,comme la taille de l'animal, sa durée de vie, rendent souvent le modèle
souris inexploitable dans une perspective thérapeutique.
b) Pourquoi
le développement de travaux fondamentaux sur les cellules embryonnaires
humaines s'avère-t-il urgent ?
D'un
point de vue expérimental, l'exploration in vitro des cellules ES murines est
très aisée [45] mais, comme nous venons de le dire, il est probable que
l'avantage ainsi obtenu soit propre à cette espèce. En effet, les rares équipes
ayant tenté de cultiver des cellules embryonnaires humaines (ou celles de
primates), se sont heurtées à des difficultés [46]. Il ressort de leurs études
que les conditions de culture et de différenciation des cellules ES murines ne
sont pas transposables directement à l'analyse des cellules ES humaines ou de
primates (singe). Un long travail de recherche sera donc nécessaire pour mettre
au point les conditions de culture des cellules ES humaines avant qu'on ne
puisse réellement en exploiter les propriétés. Quant à leur utilisation en
thérapeutique, elle n'est pas d'actualité avant que cette étape de recherche
fondamentale n'ait été rigoureusement remplie et que ne soit résolu le problème
de la compatibilité immunologique entre les cellules ES et le receveur.
Nous avons vu précédemment les
problèmes que pose l'étude des cellules souches adultes. L'urgence, si l'on ne
veut pas prendre un retard considérable dans l'exploitation d'un domaine de
recherche qui peut révolutionner l'abord thérapeutique de certaines
pathologies, est de disposer d'un modèle expérimental techniquement
exploitable permettant un travail de recherche efficace. Or un tel modèle
(animal) n'est actuellement pas disponible. Dans cette optique, il est essentiel
de pouvoir utiliser les cellules embryonnaires humaines. L'utilisation, en
parallèle, de cellules embryonnaires de gros animaux (singe), sans sous-estimer
que les travaux sur les primates se heurtent partout dans le monde à des
oppositions bien organisées (voir le rapport de l'Académie des sciences sur
l'expérimentation animale), peut s'avérer être une approche complémentaire
d'une très grande utilité [47-48], d'autant qu'existent chez les primates des
modèles de pathologies proches des maladies humaines.
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CB/20.11.00
V - Conclusions
La
découverte chez l'animal adulte de cellules souches pouvant contribuer, de façon
transitoire ou permanente, à la réparation de tissus comme ceux du foie, du
muscle, du pancréas et du cerveau est une avancée majeure. Si ces données étaient
transposables à l'homme, elles pourraient inaugurer un changement considérable
dans notre attitude thérapeutique pour nombre de pathologies face auxquelles
nous sommes actuellement démunis compte tenu des limites ou des impossibilités
d'une transplantation d'organe. Il n'est donc guère surprenant que des moyens
importants aient été mis en oeuvre dans plusieurs pays, afin de déterminer
rapidement, dans des programmes de recherche fondamentale, la portée médicale
de ces observations, faites en grande partie chez l'animal et dont toutes n'ont
pas été confirmées chez l'homme. Cette approche fondamentale, urgente et
essentielle, doit être, pensons-nous, financée en priorité.
D'un
point de vue thérapeutique, et exception faite des cellules souches hématopoïétiques
de la moelle osseuse et de la peau déjà utilisées avec succès, deux types de
pathologies devraient rapidement bénéficier des données fondamentales récentes
: les maladies neurodégénératives et les pathologies ostéoarticulaires. La
première catégorie bénéficie déjà de la greffe de neurones fœtaux, et les
conditions d'obtention de cellules nerveuses spécialisées, à partir de
cellules nerveuses fœtales, et à partir de cellules ES murines, sont déjà en
partie définies. La seconde catégorie s'impose parce que les cellules mésenchymateuses
isolées de la moelle osseuse sont déjà un adjuvant important de certains
actes de chirurgie réparatrice osseuse. D'autres sont encore au stade de la
recherche, mais pourraient avoir dans l'avenir une importance considérable, par
exemple les cellules des îlots pancréatiques dans l'amélioration de certains
cas de diabète insulino-dépendant, les cardiomyocytes dans certaines
pathologies cardiaques, les cellules musculaires squelettiques pour les
dysfonctionnements musculaires ou encore les cellules souches hépatiques.
Deux
axes de recherche devraient selon nous être privilégiés :
1.L'analyse des cellules souches tissulaires humaines. Dans cette
approche, les chercheurs vont être confrontés à plusieurs obstacles :leur rareté, leur accès difficile, les difficultés qui s'attachent
à leur purification et à leur culture. Pour accélérer les progrès, deux
autres modèles doivent être exploités en parallèle ;
2.
'utilisation des cellules souches adultes et embryonnaires des gros animaux,
qui constituent un modèle plus proche de la physiologie humaine que les
souris, mais qui présentent l'inconvénient majeur de n'être disponibles que
pour un petit nombre d'équipes, en raison de leur coût ;
En outre, si le contexte législatif
le permet, il serait hautement souhaitable d'avoir recours au modèle des
cellules souches embryonnaires humaines multipotentes, dont l'on sait à travers
les données de la littérature, notamment américaine, que la manipulation est
beaucoup plus aisée que celle des cellules souches adultes. L'utilisation de
ces cellules est aussi très pertinente sur un plan scientifique : en effet,
selon toute vraisemblance, les mécanismes fondamentaux qui contrôlent la
programmation et la spécification d'une cellule souche multipotente
embryonnaire sont proches de ceux qui contrôlent les cellules souches adultes.
Les données acquises à partir de ce modèle de cellules embryonnaires humaines
pourraient d'ailleurs s'avérer très utiles par la suite pour l'analyse des
cellules souches adultes.
L'évolution
des travaux fondamentaux de ces dernières années dans le domaine des cellules
souches ouvre donc des perspectives extrêmement importantes et on se trouve
peut-être au seuil d'une révolution dans la façon de concevoir notre approche
thérapeutique depathologies fréquentes,
lesquelles posent de réels problèmes de santé publique. Ces perspectives
doivent être validées par des travaux de recherche fondamentale qui sont en
cours et dont l'accélération est prévisible dans les 5 années qui viennent.
Les décisions qui seront prises aujourd'hui de faciliter ou non ces études
fondamentales détermineront en grande partie non seulement le niveau de compétitivité
internationale de notre recherche, mais aussi l'évolution de notre médecine.
VI - Recommandations
1-
Travaux de recherche fondamentale sur les cellules souches adultes humaines
Objectif
: établir la faisabilité d'une utilisation thérapeutique de cellules souches
tissulaires adultes.
-
Caractérisation des différents
types de cellules souches somatiques adultes humaines,
-
Etude de leur degré de
plasticité tissulaire,
-
Identification des signaux
environnementaux inducteurs,
-
Amélioration de leur
purification (définition de marqueurs spécifiques), établissement des
conditions de leur multiplication in vitro.
-
Analyse de leur localisation,
et de la possibilité de leur " mobilisation " in vivo dans des
contextes définis de stimulation
2- Travaux
de recherche thérapeutique utilisant des cellules souches adultes
Encourager
les stratégies thérapeutiques existantes ou naissantes utilisant des cellules
souches adultes : cellules mésenchymateuses de la moelle osseuse, cellules de
peau (grands brûlés), cellules musculaires (pathologie cardiaque), cellules b
du pancréas (diabète).
3 -
Travaux de recherche fondamentale sur les cellules humaines fœtales
-
Amélioration des conditions
actuelles d'utilisation thérapeutique de cellules souches provenant de tissus fœtaux
humains issus d'IVG.
-
Analyse du potentiel des
cellules souches de type EG.
4 - Travaux de recherche fondamentale sur
les cellules souches embryonnaires humaines (dans un cadre éthique à définir)
Il ressort des considérations
développées dans ce document qu'il serait hautement nécessaire d'autoriser,
dans le cadre du respect de la réglementation et de l'éthique, les travaux de
recherche fondamentale portant sur l'analyse cellulaire et moléculaire du développement
somatique de cellules embryonnaires issues de blastocystes humains. A cet égard,
il faut probablement distinguer laréglementation
concernant :
·La
manipulation de cellules de blastocystes primaires pour l'obtention des
conditions de culture requises pour l'établissement de lignées de cellules ES
humaines. La restriction à quelques laboratoires de la possibilité de
manipuler ces prélèvements peut être envisagée si une pression sociale
justifiait l'application de contraintes,
·La
manipulation des lignées de cellules dérivées de blastocystes humains une
fois ces lignées établies,
·L'utilisation
respective dans les laboratoires publics et les entreprises privées de lignées
de cellules ES et de blastocystes primaires.
Trois
grands axes de recherche seraient à encourager ici :
-Définition des
conditions d'amplification, de différenciation et des conditions de
modifications génétiques des cellules souches embryonnaires humaines,
-Analyse des signaux et
des gènes spécifiant la différenciation des cellules pluripotentes dans une
lignée tissulaire,
-Développement de méthodes
de clonage thérapeutique (transfert nucléaire) qui doit faire partie des
objectifs expérimentaux des prochaines années. En effet, si se pose un jour le
problème d'une utilisation thérapeutique des cellules ES, celui de la
compatibilité immunologique entre le receveur malade et les cellules ES se
posera et devra être résolu.
5 - Travaux de recherche
fondamentale utilisant des modèles de gros animaux
Travaux
de recherche sur les cellules souches embryonnaires (cellules ES, EG) et adultes
dans des modèles de gros animaux(singe,
porc, mouton).
*
*
*
Questionnaire
Ce
questionnaire a été établi par le groupe de travail et a servi de base de réflexion
à chacune des équipes ayant participé à ce rapport
1.Type de modèle cellulaire utilisé et espèce (humaine et/ou animale)
2.Quels potentiels de différenciation peut-on obtenir : comparaison
cellules souches adultes vs. cellules souches embryonnaires dans votre modèle
d'étude ?
3.Capacité de mise en culture des cellules souches adultes vs. cellules
souches embryonnaires
4.Besoins nutritionnels en cultures in vitro (type de milieu, facteurs de
croissance, etc.)
5.Quelles propriétés (morphologiques, cytologiques et/ou moléculaires)
s'attachent à l'état de division et de différenciation des cellules de votre
modèle d'étude ?
6.Destin de ces cellules lors d'un transfert in vivo chez l'embryon ou chez
l'adulte
7.Degré de plasticité (trans-différenciation)
8.Voies d'accès au tissu-cible chez qui l'on vise à produire un effet régénérateur
9.Utilité des cellules souches mises en œuvre dans votre modèle en thérapie
cellulaire et en thérapie génique ; comparaison cellules adultes vs. cellules
embryonnaires - Type(s) de pathologie(s) humaine(s) susceptible(s) d'en bénéficier
10.Clonage thérapeutique (potentiel ou effectif)
11.
Autres remarques ou spécifications
*
*
*
Contributions individuelles
A - Cellules souches du tissu
médullaire et hématopoïétique