17/01/2015 12:29

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L’espérance de vie des hommes et des femmes des pays du Nord économique a augmenté d’une manière spectaculaire au cours du dernier demi-siècle. Le besoin de pouvoir réparer toutes les injures que le temps impose à notre corps se fat de plus en plus ressentir. C’est pourquoi, des espoirs considérables sont désormais placés dans l’avènement d’une médecine régénérative qui permettrait de vieillir en conservant une meilleure condition physique mais aussi mentale.

 

 

Qu'est ce qu'une cellule souche ?

En biologie, une cellule souche est une cellule ayant la capacité de se diviser et de se multiplier tout au long de sa vie. Elles assurent ainsi le renouvellement des cellules d'un individu. Lorsqu'une cellule souche se divise, elle crée deux nouvelles cellules souche symétrique identiques à la cellule-mère appelées alors cellules de « réserve ». Ces dernières vont ensuite se remultiplier. Une division crée aussi deux autre cellule cette fois asymétriques. Une cellule sera identique à la cellule mère, l'autre va s'engager dans un processus de différenciation* et ainsi acquérir une fonction bien précise.

 Au cœur de la masse interne d'un embryon agé de 5 jours, une centaine de cellules prolifèrent. Elles ont perdu la capacité qu'avaient les cellules issues des premières divisions de l’œuf fécondé, d'engendrer un autre individu. Mais, leur descendance, en se spécialisant au fil des divisions, va former tous les tissus et les organes du corps. Certaines de ces cellules souches embryonnaires vont rester immatures, on les appelle les cellules souches adultes. Elles sont capables de renouveler le type de tissu auquel elles appartiennent.

 

Il existe 4 grands types de cellules souches : 

- Les cellules souches embryonnaires sont issus d'un embryon au stade de blastocyste ( stade du développement de l'embryon qui correspond au 5-7ème jours chez l'Homme). Ces cellules sont totipotentes*. 

- Les cellules souches fœtales sont des cellules provenant d'un fœtus âgé de maximum 14 semaines. Elles sont multipotentes*. 

- Les cellules souches adultes sont présentes dans le placenta, le cordon ombilical ou dans différents tissus des organes de l'individu adulte. Ce sont généralement des cellules multipotentes. Elles sont capables de donner naissance à différentes lignées cellulaires d'un tissus donné. Elles sont la base du renouvellement naturel d'un tissus et de sa réparation suite à des lésions. 

-  Les cellules IPS sont quant à elles identiquent aux cellules souches embryonnaires sauf qu'elle sont obtenues par reprogrammation génétique de cellules adultes différenciées.

 

 

La différenciation des cellules souches s'effectue de différentes façons selon qu'elles soient totipotentes, pluripotentes, multipotentes ou unipotentes.

- Les cellules souches totipotentes sont les toutes premières cellules, embryonnaires. Elles sont capables de former un organisme complet. 

- Les cellules souches pluripotentes sont capables de former l'ensemble des tissus qui vont former un embryon mais pas ce qu'il y aura autour de l'embryon. Elles ne sont pas capables de générer tous les dérivés placentaires, nécessaires à l'implantation de l'embryon.  Elles forment tous les tissus de l'organisme mais sans pouvoir aboutir à la formation d'un individu en entier. Elles ont la capacité de se multiplier à volonté et de donner tout type cellulaire. 

- Les cellules souches multipotentes sont des cellules présentent dans l'embryon mais également dans l'organisme adulte. Elles peuvent donner naissance à plusieurs types de cellules qui sont déjà engagées dans un programme tissulaire spécifique (ectoderme : peau, système nerveux,... mésoderme : le sang, le squelette,... ou endoderme : appareils digestifs, respiratoire,…) Elles sont différenciées mais possèdent la capacité de s'autorenouveler. 

- Les cellules souches unipotentes, elles, ne peuvent former qu'un seul type de cellules différenciées, par exemple des neurones, des cellules sanguines, musculaires, osseuses,…Elles sont produites par les millions de divisions des cellules souches et vont former les différents tissus et organes qui constitueront par la suite l'organisme humain.

 

Ces cellules souches sont présentes dans tout notre organisme. En effet, chaque groupe cellulaire à un objectif de réparation prédéfini : les cellules souches présentes dans le cerveau remplacent les neurones, les cellules souches musculaires le muscle,... En quelques années, de véritables prouesses ont été réalisées en laboratoire. Ainsi, des cellules complexes comme les neurones ou les cellules cardiaques immatures ont été cultivées en grande quantité, puis transplantées sur des organes si malades qu’on les croyait perdus. Le cœur, le cerveau, les yeux ,...aujourd’hui avec les progrès de la médecine régénérative, réparer l’irréparable est en voix de concrétisation. Mais malgré ces résultats inespérés, de nombreux problèmes ont été mis en évidence et ce qui reste à accomplir est gigantesque.

 

                                                      

 

 

 

Aujourd'hui, les scientifiques apprennent à identifier les cellules souches, à les isoler et à les mettre en culture. Les cellules souches dites embryonnaires donnent des cultures immortelles. En effet, elles se multiplient et se divisent indéfiniment.

 

https://www.hinnovic.org/lang_frhistoire-de-cellule-souchelang_frlang_ena-stem-cell-storylang_en/

 

Tous les être vivants pluricellulaires possèdent des cellules souches. Elles sont à l'origine de tous les tissus et assurent aussi leur renouvellement car ils disparaissent à cause du vieillissement ou des lésions. Chez certains animaux, les cellules souches permettent même la repousse de certains de leurs membres notamment pour la queue des lézards.

 

Les animaux qui inspirent la science

Le phénomène de régénération tissulaire observé dans virtuellement tous les organes du mammifère adulte, mis en évidence par la recherche systématique des cellules souches adultes dans tous les tissus au cours de ces dernières années, a entraîné un regain d’intérêt pour les organismes doués d’un pouvoir de régénération considérable comme les hydres, les planaires ou, plus proches de nous, les amphibiens urodèles. Une séance a donc été consacrée aux recherches modernes sur le curieux mécanisme biologique qui permet à certains organismes de s’affranchir de la reproduction sexuée pour se multiplier. L’hydre ou la planaire, par exemple segmentées en petits fragments, reconstituent, à partir de chacun de ceux-ci, une hydre ou une planaire entière. Comme les végétaux qui se bouturent, ces animaux peuvent se propager par une reproduction asexuée. Ceci leur est possible parce qu’ils renferment, en réserve, des cellules de type embryonnaire qui fonctionnent comme des cellules souches. Chez l’hydre, elles font partie du polype, c’est-à-dire du corps même de l’animal qui est soumis à un renouvellement constant de ses cellules. Chez la planaire, elles forment un « parenchyme » entre les organes et tissus fonctionnels et servent à les rajeunir en permanence. Chez la salamandre, un vertébré, donc un organisme beaucoup plus évolué, la section d’une patte ou de la queue, la résection de la mâchoire et même de l’œil conduisent à leur remplacement. Dans ce cas, ce sont les cellules différenciées qui se trouvent au niveau de la section qui se dédifférencient, redeviennent pluripotentes, acquièrent des propriétés de cellules souches, reconstruisent la (es) partie(s) du corps manquante(s). Ce phénomène de dédifférenciation et de reprogrammation cellulaire rappelle les observations, nombreuses, quoique souvent non reproductibles dans l’état actuel de nos technologies, où des cellules des tissus de souris. 

 

C’est pourquoi les recherches réalisées sur des organismes plus simples sont riches d’enseignements pour les biologistes. Un des aspects les plus étonnants de ces phénomènes de régénération consiste dans le fait que la partie de l’animal qui régénère correspond toujours (sauf cas tératologiques) exactement à celle qui a été enlevée. Il existe donc des signaux émanant de l’organisme amputé qui « instruisent » les cellules régénératives pluripotentes de ce qu’elles doivent reconstruire. Cette capacité, restée longtemps énigmatique, commence à recevoir une explication.

 

 

Histoire de la recherche sur les cellules souches

Durant les 10 dernières années, l'homme s'est consacré à la recherche sur les cellules souches. En effet, dans les années 1950, les travaux engagés par Leroy Stevens et Barry Pierce sur l’étude des tératocarcinomes murins* ont permis d’isoler les cellules souches embryonnaires (en abrégé ES pour embryonic stem). 

L’événement qui a porté les cellules souches à l’attention du public prend sa source en 1981, quand deux laboratoires ont obtenu, indépendamment, un succès spectaculaire. Ils montraient qu’il est possible de disposer de cellules souches capables de fournir tous les tissus de l’organisme en nombre illimité en cultivant dans des conditions particulières les cellules de la « masse cellulaire interne » provenant d’embryons de souris. Les cellules internes de l’embryon au stade « blastocyste » sont indifférenciées et capables de fournir tous les types cellulaires rencontrés plus tard chez l’adulte. Elles sont dites « totipotentes ». Ces deux travaux pionniers montraient que les cellules de l’embryon conservent en culture leur capacité de différenciation tout en se multipliant abondamment. La technique de culture à laquelle elles étaient soumises prolongeait donc artificiellement un état qui, dans le développement normal, n’est qu’éphémère. Si les conditions de culture étaient modifiées, les cellules souches embryonnaires (ES) se différenciaient dans le récipient de culture, comme elles l’auraient fait  in vivo. Cependant, l’organisation des tissus ainsi formés restait chaotique in vitro où ils n’étaient pas assujettis au pouvoir organisateur de l’embryon. 

Puis, dès 1998, les équipes de Alexander Thomson, de Joseph Istkovitz-Eldor et de l'israélien Benjamin Reubinoff identifient des cellules souches embryonnaires chez l'Homme. Des essais sur des embryons humains, provenant de cliniques où on pratique la procréation médicalement assistée, ont pu être entrepris malgrès la loi américaine car les fonds étaient privés. 

En 2000, on parvient à transformer des cellules ES en neurones. En 2001, le président Bush interdit tous financements des recheches sur les cellules souches aux États-Unis mais en  2004, Douglas Melton, chercheur à l'université de Harvard parvient à créer grâce à des fonds privés 70 lignées de cellules souches embryonnaires. Cinq années plus tard, Shinya Yamanaka et James Alexander Thomson fabriquent la première cellule souche pluripotente induite* (IPS) grâce à des souris. Pour obtenir ces cellules, il faut prélever n'importe quelle cellule chez un adulte et la reprogrammer génétiquement afin de la rendre pluripotente, (capable de se multiplier à l'infini et de se différencier en types de cellules qui composent un organisme adulte), exactement comme une cellule souche embryonnaire. Leurs découvertes sont récompensées, co-lauréat du prix Nobel de médecine en 2012.

 

À quoi pourraient-elles nous servir ?

Les propriétés qui caractérisent les cellules souches offrent aux chercheurs de nombreuses perspectives et un espoir de vaincre des maladies aujourd'hui incurables.De nombreuses expériences sont réalisées chaque jour, afin de percer le secret de ces incroyables cellules et de découvrir de nouveaux moyens de les exploiter. L’intérêt thérapeutique principal des cellules souches est de créer des organes ou des tissus à partir d’une cellule. Ces organes pourraient alors être transplantés chez un patient sans avoir recours à un donneur d’organes. Il existe 2 sortes de thérapie : la thérapie cellulaire et le clonage thérapeutique.

 

 

La thérapie cellulaires dans la recherche mondiale

 

            Lors des 10 dernières années, l’exploitation des cellules souches est devenue un phénomène mondial. Au Brésil, la recherche est tournée vers les réparations cardiaques. Des cellules souches adultes issues de la moelle osseuse sont utilisées dans ce but. En France, la régénération des neurones est au centre des préoccupations. Durant trois ans, trois patients sur 5 atteints de la maladie de Huntington*, ont vu leurs capacités intellectuelles (communication, mémoire,…) et de mouvements s’améliorer. Chez ces trois patients entre la 4ème et la 6ème année, une nouvelle phase de déclin a malheuresement été observée. Le protocole d’utilisation des cellules souches adultes neuronales (neuroblastes, qui sont prélevées sur des fœtus) était donc encore imparfait mais les recherches se sont ensuite poursuivies ainsi que les essais. Au Royaume Uni, l’espoir de pouvoir régénérer la moelle épinière à partir de cellules de la muqueuse nasale occupe les laboratoires. Alors qu'en Italie, la recherche se préoccupe de la restauration de  la cornée à partir de cellules limbiques présentes à la surface de l’œil se différenciants en quelques jours en cellules de la cornée. Pour finir, au Canada,l'ambition est de tonifier les muscles, par une greffe de myoblastes (cellules chargées de produire des fibres cellulaires) sur des patients atteints de la dystrophie musculaire de Duchenne.

 

 

Thérapie cellulaire actuellement pratiquée dans les hopitaux

            La thérapie cellulaire apporte un nouvel espoir aux malades atteints de maladies incurables. Dans ce procédé, les cellules souches sont d'un grand intérêt. En effet, elles servent à remplacer les cellules endommagées, malades ou mortes grâce à leur capacité à ce diviser à l'infini ainsi qu'à se différencier. La thérapie consiste en l'injection de cellules humaines obtenues la plupart de temps à partir de cellules souches dont le but est de prévenir, traiter ou atténuer une maladie. L'injection de ces cellules va permettre la réparation des tissus lésés, la reconstruction des cellules endommagés, l'apport de cellules manquantes.

 

Le traitement le plus ancien utilisant des cellules souches est celui de la transplantation de la moelle osseuse. Il est fréquemment utilisé depuis les années 1970 pour les maladies de sang et du système immunitaire comme les leucémies et les anémies. Les cellules souches hématopoïétiques (présentes dans la moelle osseuse et capables de régénérer toutes les cellules sanguines) d'un donneur ou du propre malade sont récupérées, cultivées puis réinjectées afin qu'elles colonisent la moelle osseuse. L’idée est d’implanter des cellules hématopoïétiques* saines qui permettraient la production de cellules sanguines saines par l’organisme du malade.

 

Le traitement utilise les cellules souches adultes. Initialement, les cellules sont indifférenciées mais lorsque celle-ci sont exposées à certains signaux biochimiques, chaque cellules est capable de se différencier et de devenir un type de cellule particulier.

 

 

Intérêts thérapeutiques majeurs

Régénération cellulaire

            L’intérêt thérapeutique principal des cellules souches est de créer des organes ou des tissus à partir d’une cellule. Ces organes pourraient alors être transplantés chez un patient sans avoir recours à un donneur d’organes. Ce genre de régénération est déjà à la base de culture de peau dans le cas des grands brûlés. Des cellules de peau du patient sont mises en cultures pour favoriser leur division. Les tissus sont ainsi créés plus rapidement et aident à la cicatrisation. De plus, dans le cas des cellules souches induites, les organes ainsi obtenus seraient totalement compatibles et cela éviterait le rejet de la greffe.

 

Tests post-thérapie

             Il serait également possible de faire de la toxicologie prédictive. L’idée est de tester la toxicité des certaines molécules sur des lignées cellulaires in vitro mais également l’efficacité et l’innocuité des molécules thérapeutiques. Cela permettrait ainsi d'éliminer les tests sur les animaux. Le séquençage complet de l’ADN proposé par certaines firmes américaines est accessible dès... 50 000$. Cela signifierait , en prenant en compte le prix de la nouveauté, que cela coûtera probablement 1000$ dans cinq ans. Les médecins, une fois le procédé largement diffusé, pourront se baser sur votre génome pour vous prescrire des médicaments spécifiquement adaptés à votre cas.

 

Traitements de maladies dégénératives

L’un des objectifs initiaux de la thérapie cellulaire a été de traiter des maladies dégénératives pour lesquelles aucun traitement n’était jusque-là proposé.
Des tentatives ont été réalisées avec un certain succès chez des patients atteints de la maladie de Parkinson. Le docteur Evan Snyder, a présenté une mise au point sur l’usage de cellules souches neurales pour réparer des traumatismes ou traiter des maladies neurodégénératives chez l’animal (souris et primates). Il ressort de ces expériences que les cellules souches neurales, qu’elles soient endogènes ou greffées, pourraient, dans le futur, constituer un espoir sérieux d’aide à la réparation de lésions du système nerveux central chez l’homme. Ainsi, ces recherches nous permettraient de mieux vieillir. En effet, une caractéristique des maladies neurodégénératives est que se manifestant souvent chez les personnes agées, elles réduisent leur espérance de vie. Plus concrètement, elles sont souvent la cause de la fin de la vie en bonne santé ( l’espérance de vie en bonne santé se situe aujourd’hui aux alentours de 62 ans en Europe). Elles forment un sous groupe des maladies dégénératives sur lesquelles la thérapie cellulaire pourrait etre efficace du fait du remplacement des organes concernés par la dégénérescence.

 

Dans cet ordre d’idées, la perspective de réparer certaines lésions de la moelle épinière ne serait pas si éloignée. Ces lésions entraineraient une probabilité beaucoup plus importante de mort prématurée. Des résultats spectaculaires ont été obtenu. Des lésions traumatiques ayant interrompu le passage de l’influx nerveux chez la souris ont été réparées par la greffe de cellules souches provenant de l’épithélium olfactif. Cette technologie sera prochainement mise à l’essai chez l’homme.

 

 

Le clonage thérapeutique ou le clonage par transfert nucléaire

 

Le clonage thérapeutique consiste à prélever chez un malade un noyau de cellule somatique (contenant son patrimoine génétique) et de le transférer dans un ovocyte énuclée (dont on aurait enlevé le noyau). Ensuite, l'ovocyte mis en culture se développe et devient un embryon. Au bout de 8 jours, on prélève la masse interne de l'embryon, ce qui entraîne la destruction de celui-ci. À partir de ces cellules souches embryonnaires, on peut fabriquer des cellules du foie, du cœur, de la peau qui auront le même patrimoine génétique que le donneur de cellules somatiques.

                  
Ce processus a abouti à la naissance en juillet 1996 de la brebis écossaise Dolly. Cet exploit scientifique démontrait que le noyau d'une cellule adulte, bien que programmé pour une fonction déterminé, pouvait être reprogrammé en noyau de cellule totipotentes (capable de donner un embryon) dès qu'elle était implantée dans un œuf énuclée.

 

Ainsi, le transfert du noyau d’une cellule somatique dans un ovocyte peut être suivi d’une implantation dans l’utérus d’une mère-porteuse et aboutir, dans une certaine proportion de cas (variable selon l’espèce considérée), à une gestation et à la naissance d’un individu cloné. Il s’agit alors de « clonage reproductif ». Après l’implantation dans une mère-porteuse, un faible pourcentage seulement d’embryons sont capables de poursuivre leur développement. Ceux qui y parviennent meurent en général avant ou juste après la naissance avec de nombreuses malformations. Nombre de celles-ci sont attribuables à des désordres de croissance du placenta entraînant diverses anomalies d’ordre physiologique qui se révèlent peu après la naissance. Cependant J.- P. Renard est parvenu à augmenter, d’une manière remarquable, le taux de réussite du clonage reproductif chez les bovins. Ce succès provient de la source des cellules somatiques utilisées pour le transfert nucléaire. Il s’agit d’une culture de cellules de peau prélevée sur une vache. Cette culture a été congelée et fournit les noyaux destinés aux clonages qui ont permis jusqu’ici d’obtenir l’impressionnant troupeau de clones. Les recherches montrent que le succès du clonage, c’est-à-dire le développement normal d’un embryon puis d’un adulte à partir d’un noyau provenant d’une cellule somatique déjà différenciée, dépend de la « reprogrammation » de ce noyau. Celui-ci doit, au contact du cytoplasme du gamète femelle, acquérir les caractéristiques uniques du noyau de l’œuf. Elles correspondent à la disponibilité de réseaux géniques bien déterminés et nécessaires pour que le déroulement du développement embryonnaire s’accomplisse normalement. 

 

Le problème posé par le rejet des cellules greffées en médecine régénérative a amené les chercheurs à tenter de produire des cellules douées des propriétés des cellules ES qui ne provoqueraient pas de rejet de la part de l’hôte sur lequel on les greffe. Pour cela, on tente de remplacer le noyau du gamète femelle, l’ovocyte, par celui d’une cellule provenant du patient auquel les cellules sont destinées. Il s’agit d’un transfert nucléaire aussi appelé clonage à visée thérapeutique.