Les cellules-souches : quelques généralités et définitions

Les cellules-souches sont au coeur des
débats autour de la biologie et de la médecine de demain. Les notions
de base sur le sujet sont cependant indispensables afin de mieux
comprendre ces débats mêlant sciences, choix de société et bioéthique.
Voici donc un article de généralités sur les cellules-souches et leurs
applications thérapeutiques. Il permettra aux lecteurs néophytes de
compléter leurs connaissances parallèlement aux différentes brèves et
articles publiés sur le sujet.


Historique


1908
– Le terme de “cellule souche” est propose par le scientifique russe
Alexander Maksimov (1874-1928) lors du congrès de la société
hématologique de Berlin. Il postule l’existence de cellules souches
hématopoïetiques.
· 1960s - Joseph Altman et Gopal Das décrivent la
neurogénèse pour la première fois. Ces resultats contredisent le dogme
de Cajal, qui postule que de nouveaux neurones ne peuvent pas se
former. Ces travaux restent malheureusement longtemps ignorés.
· 1963 - McCulloch et Till montrent la presence de cellules souches dans la moëlle osseuse de souris.
· 1968 – Première guérison du syndrome d’immunodéficience sévère par transplantation de moëlle osseuse.
· 1978 - Des cellules souches hématopoïetiques sont découvertes dans le sang du cordon ombilical.
·
1981 – Obtention de cellules souches embryonnaires murines à partir
d’embryoblaste de souris par Martin Evans, Matthew Kaufman, et Gail R.
Martin.
· 1992 – Première culture de cellules souches neurales in vitro sous forme de neurosphères.
·
1997 – Le lien entre leucémie et cellules souches hématopoïetiques est
formulé, montrant ainsi le premier cas de cellule souche cancéreuse.
·
1998 - James Thomson et ses collègues obtiennent la première lignée
cellulaire dérivée de cellules souches embryonnaires humaines.
·
2000s – Année prolifique dans le domaine des cellules souches adultes.
Leur plasticité est notamment publiée dans plusieurs articles de
référence.
· 2003 – Le Dr. Songtao Shi découvre une nouvelle source de cellules souches adultes dans les dents de lait d’enfants.
·
2004-2005 – Imposture du généticien sud-coréen Hwang Woo-Suk. Après
avoir annoncé le premier cas de clonage à partir d’oocytes humains
non-fécondés, il se rétracte et finit par avouer l’imposture. Les
enquêtes ultérieures montreront qu’il s’agissait d’un phénomène de
parthénogénèse et non de clonage.



Deux types de cellules-souches animales


Les
cellules-souches embryonnaires : totipotentes, elles sont issues de la
masse interne de blastocystes. Elles permettent de créer en théorie
n’importe quel type cellulaire, à condition de savoir correctement les
différencier. Les premières lignées de cellules souches embryonnaires
ont été obtenues en 1998. Ces expériences entraînaient la destruction
obligée d’embryons au stade blastula. Leur utilisation s’est donc très
vite heurtée à des considérations éthiques. Par conséquent, dans de
nombreux pays, la création d’embryons humains afin d’en prélever les
cellules souches est interdite. En France, il est possible d’utiliser
des embryons obtenus in vitro et ne faisant pas l’objet de projet
parental. En Corée ou au Royaume Uni, il est possible de produire des
embryons pour effectuer des recherches thérapeutiques. En Union
Européenne, ces utilisations sont sévèrement surveillées, le but étant
d’éviter tout clonage reproductif.






-Les
cellules-souches adultes : pluripotentes, elles sont présentes dans de
nombreux tissus et organes : peau, intestin, muscles, cerveau ... Elles
sont regroupées dans des sortes de niches, où l’environnement est
favorable à leur survie et à la préservation de leur état
indifférencié. Dans certains cas elles sont considérées comme
monopotentes : les cellules basales de l’épithélium, située au niveau
de la lame basale, par exemple, donnent après division une cellule
basale et un kératinocyte différencié. Les applications thérapeutiques
de ces cellules permettraient de réaliser des autogreffes, les cellules
souches étant prélevées directement sur le patient. Cependant, leur
caractère pluripotent ne leur permet pas de donner n’importe quel type
cellulaire. Enfin, l’utilisation de cellules-souches adultes ne passant
pas par la destruction d’un embryon, le cadre juridique est beaucoup
plus souple

Le rôle des cellules-souches dans l’organisme :


-Fournir les cellules nécessaires au développement et à la formation d’organes.
Cette fonction concerne ici les cellules-souches embryonnaires, qui
permettent de former toutes les cellules de l’organisme lors de
l’embryogenèse.
-Contrôler le fonctionnement de ces organes (homéostasie).
-Assurer la production de certaines cellules spécialisées :
Les
cellules sanguines, les lymphocytes, sont issus de cellules-souches
(les hématocystoblastes) de la moelle osseuse. Les cellules sexuelles
sont également générées par des cellules-souches.





-Régénérer et réparer divers tissus :


Le
foie est connu pour pouvoir se régénérer jusqu’aux 2/3, mais d’autres
organes comme le pancréas conservent cette fonction. Chez les Insectes
ou les Nématodes, par contre, les cellules adultes ne se multiplient
plus, à l’exception des cellules productrices de gamètes.



Différenciation et caractérisation des cellules-souches :



La
grosse difficulté lors d’une culture de cellules-souches reste de
connaître la pureté de la culture : en effet, comment savoir si
certaines cellules ne se sont pas déjà engagées dans une voie de
différenciation ? A ce jour, aucun marqueur moléculaire spécifique
caractérisant une cellule-souche n’a été identifié. Quand un potentiel
de différenciation est suspecté, la méthode préconisée consiste à
implanter les cellules chez un animal et à observer leur devenir !
Comment
les cellules-souches sont-elles contrôlées dans l’organisme ? Cette
question reste encore très mal élucidées. Les biologistes savent que
les cellules-souches sont regroupées dans des niches à l’environnement
favorable à leur conservation, mais également strictement contrôlées.
Ces niches sont localisées dans le bulbe d’un follicule pileux, dans la
moelle osseuse, dans les villosités intestinales, etc ... La division
des cellules-souches est lente. Une hypothèse suggère que la place dans
les niches étant limitée, les cellules en trop en sont expulsées, et se
retrouvent exposées à des facteurs de différenciation. Le stress ou une
lésion peut modifier l’environnement moléculaire des niches, et
déclencher une différenciation. Le nombre de cellules-souches est
également contrôlé par apoptose.
Différents facteurs de croissance
entrent (parmi d’autres) en jeu lors de la différenciation des
cellules-souches. Parmi eux, beaucoup de cytokines (voir à ce sujet
l’article à venir sur l’hématopoïèse). Quelques exemples de ces
facteurs :
BMP (Bone Morphogenetic Proteins)
TGFβ (Transforming Growth Factor β)
Wnt
...
La
présence de ces facteurs de croissance peut contrôler le nombre de
cellules-souches. Ainsi Wnt permet de contrôler l’expansion de nombreux
types de cellules-souches mais favorise également certaines voies de
différenciation. Certains facteurs de croissance pourraient également
jouer le rôle de facteurs de survie, en se rendant indispensables à la
cellule, sous peine d’apoptose par exemple.


Les axes de recherche thérapeutique :


Les
cellules-souches pourraient être cultivées en vue d’être greffées au
niveau de tissus ou organes lésés. Leur rôle serait de :
-Stimuler les cellules-souches des patients pour augmenter la capacité de régénération.
-S’insérer et proliférer de manière contrôlée pour remplacer le tissu lésé.
Pour
cela, il est impératif que les cellules-souches puissent suivre la
démarche suivante : survivre une fois implantées, migrer vers la
lésion, donner le type cellulaire à remplacer et enfin s’intégrer au
sein du tissu endommagé pour que l’organe retrouve une fonction normale.
La
recherche thérapeutique doit donc améliorer la survie de ces cellules,
induire leur bonne différenciation, mais également contrôler les
risques de prolifération anarchique (tumeurs). La difficulté est
d’autant plus grande que les signaux de différenciation et de contrôle
des cellules-souches sont mal connus !
De nombreux espoirs sont
fondés sur cette recherche, afin de guérir de nombreuses maladies comme
Parkinson, certains diabètes, ou encore des maladies immunitaires. Mais
l’utilisation des cellules-souches permet d’envisager le développement
d’une ingénierie tissulaire capable de fournir de la peau générée par
culture cellulaire, de réparer des lésions cardiaques (dans le cas
d’infarctus par exemple) ou encore réparer os et cartilages.


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