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.
Embryon humain au stade blastocyste (G. Calu 2006)
Blastocyste humain


-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.


Les lignées cellulaires issues des hématocystoblastes dans la moëlle osseuse

-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.

merci biologiste c'est vraiment intéressent !