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Cellules souches embryonnaires humaines : entre modèle du développement embryonnaire et potentiel en thérapie cellulaire. Espoirs, limites et éthique.

Daniel Aberdam

section cybertheorie

Le Professeur Daniel ABERDAM est directeur de Recherche INSERM et Professeur au TECHNION (Rapport Institute of the Israeli Institute of Technology, Haïfa, Israël). Il dirige l’unité 898 INSERM (Faculté de Médecine de Nice) et le laboratoire INSERTECH (Haïfa, Israël). L’U898 est spécialisée en physiopathologie, c’est-à-dire les mécanismes physiques, cellulaires et biochimiques d’apparition d’une maladie organique ou cellulaire. C’est un domaine d’étude permettant de comprendre les signes cliniques et biologiques d’une maladie, et d’envisager un traitement curatif en restaurant les fonctions normales de l’organe ou tissu. Les projets de son équipe se focalisent sur la physiopathologie des cellules souches épidermiques (CSE), l’évaluation du potentiel thérapeutique de cellules épidermiques issues de cellules souches embryonnaires humaines (ES).

Lors du cycle de conférences « le vivant et l’artificiel » (2008 MAMAC Nice France) consacré aux enjeux de l’art et de l’esthétique dans le contexte du développement des biotechnologies, il a été convoqué dans le but de nous faire appréhender les différentes minis révolutions qui ont eu lieu en biologie ces 5 et 10 dernières années concernant les cellules souches (cellules souches embryonnaires et adultes), et des autres révolutions dans ce domaine. Brigitte Mathis, coordinatrice de la programmation, a retranscrit son intervention afin d’insister aussi bien sur les espoirs, que sur les limites, les déceptions et le recul qu’il faut avoir sur tout ce domaine où les effets d’annonce sont extrêmement importants et bien au-delà de la réalité scientifique.

Les cellules souches. 

Qu’est ce qu’une cellule souche ?

Qu’est ce qu’une cellule souche ?

Pour commencer très simplement, une cellule dans un organisme adulte quelque soit le tissu ou l’organe est une cellule différenciée, donc qui va avoir une fonction bien spécifique, par exemple dans le foie ou le pancréas pour secréter de l’insuline ou dans le cœur pour battre. Elle ne peut se diviser que pour donner une cellule identique, mais déjà différenciée, déjà fonctionnelle. La cellule souche est plus complexe elle se trouve dans certains tissus à renouvellement rapide qui va donner une autre cellule souche par division non encore différenciée mais elle aura également la capacité de se différencier. Donc elle a deux propriétés : elle est naïve (elle n’est pas encore différenciée), elle s’auto renouvelle, et se différencie. A partir d’une cellule vous pouvez obtenir un nombre considérable de cellules c'est pourquoi vos tissus peuvent se régénérer extrêmement rapidement.

A quoi sert une cellule souche dans l’organisme ?

À quoi sert une cellule souche dans l’organisme ?

La peau est un organe essentiel qui protège de toute agression extérieure mais également de la perte des fluides et cette peau est constituée entre autre de l’épiderme, qui est un tissu pluristratifié où la cellule souche est située à la base et va donner naissance à toutes les cellules qui font se différencier, devenir de plus en plus fonctionnelles, vers la cornification et la desquamation. La peau se renouvelle toutes les trois semaines, cela est donc extrêmement efficace. L'intestin est un autre tissu ou organe qui se renouvelle extrêmement rapidement puisque vous avez à peu près 108 cellules par jour qui sont remplacées et produites par jour et dans le système hématopoïétique vous avez plus de 1012 globules qui sont produits par jour. Donc pour cela il faut des cellules souches extrêmement efficaces qui peuvent s’auto renouveler et se différencier dans différents tissus.

À quoi sert une cellule souche en thérapie cellulaire ?

Thérapies liées au système hématopoïétique, exemple, leucémie.

Thérapies liées au système hématopoïétique exemples leucémie

La première application en thérapie cellulaire provient d’une expérience qui date de plus de 25 ans par Till et Culloch qui ont obtenu le prix Nobel pour cela, qui ont en fait démontré que si on irradie des animaux pour leur détruire leur système immunitaire et système sanguin, donc tout ce qui provient de la moelle osseuse, le système hématopoïétique, la souris va mourir, sauf si on lui réinjecte des cellules de la moelle osseuse d'un autre individu et dans ce cas-là ces cellules de la moelle osseuse vont complètement recréer un nouveau système sanguin et immunitaire.

C'est ce qui sauve actuellement par exemple des enfants atteints de leucémie, vous êtes obligé d’irradier le patient pour détruire les cellules transformées, les cellules tumorales et vous remplacez les cellules tuées par une greffe, qu'elle soit de la famille, de la même personne à laquelle on aurait retiré les cellules tumorales ou alors allo génique, c'est-à-dire d'un autre individu. Une cellule souche est capable de donner une descendance extrêmement complexe : des lymphocytes T et lymphocytes B. et qui sont impliqués dans le système immunitaire pour la reconnaissance d'un corps étranger et pour la fabrication des anticorps, mais aussi les globules rouges etc.

Thérapie des grands brûlés

Thérapie des grands brûlés

La deuxième application en thérapie cellulaire de la cellule souche a été décrire il y a 28 ans est la thérapie cellulaire cutanée pour la thérapie des grands brulés.

En 1981 un groupe de Boston a imaginé prélever un petit morceau de peau d’un endroit non atteint chez le patient, de mettre en culture les cellules de les amplifier et grâce à la forte capacité d'auto renouvellement des cellules souches et de reproduire en culture (ce qu’on appelle in vitro) un épiderme qui permet de sauver le patient par une greffe. Donc en quelque mois on peut reconstituer une peau relativement correcte. Cela se fait dans de nombreux hôpitaux pour sauver des patients. Les inconvénients sont que cela prend un certain temps, ces opérations nécessitent trois semaines pour obtenir suffisamment de matériel pour greffer le patient et il manque les annexes cutanées, notamment les grandes sébacées et sudoripares, et les follicules pileux qui permettent la thermorégulation et la fabrication du sébum qui permet de lubrifier la peau. Donc vous voyez cette peau proposée au patient n'est pas du tout parfaite.

La cellule souche est rare et non détectable :

Le problème c'est que la cellule souches est rare et qu'elle n'est pas visible et ne peut pas être repérée. On ne dispose pas de marqueurs, de protéines spécifiques, des cellules souches, parce que la définition que je vous ai donnée de la cellule souche (auto renouvellement et différenciation) n’est pas quelque chose de visible, on peut le démonter en laboratoire, mais lorsque vous regardez un individu ou un organe vous ne pouvait pas le détecter. Il n’y a pas de protéine spécifique de la cellule souche, pas de marqueur pour pouvoir les identifier. A priori il y a énormément de tissus qui ne contiennent pas de cellules souches, tout au moins c’est ce que l'on pensait jusqu'il y a quelques années, puisque que certains organes ne se renouvellent pas, comme le cerveau, le cœur, le muscle, le foie. Vous le savez, dans l'infarctus du myocarde on ne répare pas, d’autre part, jusqu'à peu, on pensait qu'il n'y avait pas de cellules souches dans le cerveau, qu’il ne se régénérait pas, qu'on avait un nombre x de neurones qui se perdent au fil du temps et de plus en plus.

Prométhée

Par contre au cours de la mythologie on connaissait les capacités et les cellules souches, d'une manière évidente. Vous connaissez tous le mythe de Prométhée qui avait tenté de voler le feu de l’Olympe, les dieux l’on punit en l’attachant un rocher et chaque nuit, son foie était mangé par un aigle. La vraie punition était que son foie était regénéré pendant la journée pour être remangé chez pendant la nuit et ceci pendant des années. Donc les anciens avaient la compréhension qu’il existe une régénération possible des organes.

Plasticité des cellules souches:

Plasticité des cellules souches invertébrés

Et d'ailleurs l'homme est un peu une exception puisque vous savez que chez certains invertébrés comme l'hydre ou le vers on peut les couper en morceaux et les couper en mille morceaux et que chaque morceau va redonner un organisme complet fonctionnel.


Plasticité des cellules souches vertébrés

C’est vrai chez les vertébré la salamandre, qui est un amphibien on peut amputer un membre qui va complètement se reformer par un système de dédifférenciations et de redifférenciation. Pourquoi l’homme aurait-il perdu la capacité à l’auto renouvellement ?


Transdifférenciation, plasticité ? Les promesses des « révolutions » dans le domaine des cellules souches. 

La vraie révolution a eu lieu en 1998.

Une équipe suédoise a publié dans un très grand journal scientifique ce qu'on appelle le « Brain to Blood », c'est-à-dire du cerveau au sang. Ils ont montré pour la première fois que, en irradiant des souris pour détruire leur système hématopoïétique, ils pouvaient restaurer complètement un système hématopoïétique, sanguin et immunitaire, en leur injectant des cellules du cerveau. Ils semblaient démontrer que ces cellules du cerveau avaient une capacité extraordinaire, non seulement de prolifération, mais aussi de différenciation, je dirai même de trans-différenciation, c'est-à-dire de se différencier en un autre type cellulaire.

Transdifférenciation (plasticité ?)

Ce fut le début d'une avalanche de publications, entre 1998 et 2002, des dizaines de publications de très grand niveau et là je les ai résumées, vous démontraient tout et dans tous les sens : que l'on pouvait fabriquer des cellules nerveuses à partir de la moelle, à partir des cellules endothéliales (c’est-à-dire des cellules de vaisseaux sanguins) que vous pouviez fabriquer des cardiomyocytes, des cellules de la moelle etc. En fait, on se demandait pourquoi l'homme ne se régénérait pas en permanence dès qu'il avait blessure, dès qu'il avait un membre amputé. Une plasticité a été proposée, mais surtout, on a découvert qu'il y avait des cellules souches dans énormément de tissus, notamment le cerveau puisqu'il y a des cellules souches neuronales, ce qui donne évidemment beaucoup d'espoir pour les maladies neurodégénératrices et ainsi pour leur réapprendre à fonctionner dans les cas où des fonctions sont déficientes.

Là on s'est dit : on a trouvé le moyen de soigner des patients atteints de toutes pathologies. Puisque vous savez que si vous prenez des cellules de l'individu pour les greffer sur un autre individu il y aura un phénomène de rejet (le système immunitaire ne le reconnaîtra pas comme soi), mais là, avec ces trans-différenciations, si vous avez un patient atteint d’un infarctus du myocarde (il lui manque des cardiomyocytes), vous n’avez qu’à prendre des cellules du sang ou de la moelle osseuse de ce patient et les différencier en cellules cardiomyocytaires et vous les réinjectez dans le cœur est ça y est, il reprend. Donc ces découvertes ont étés à l’origine d’un énorme espoir.

· 2002, les MAPC.

Les MAPC

En 2002 il y eu une autre publication qui fait grand bruit, du laboratoire de Catherine Verfallie qui montrait l'existence de cellules, qu’elle a appelé cellules adultes progénitrices multipotentes (multipotent adult progenitals cells, MAPC 1 2 qui ont le potentiel à se différencier dans un nombre important de types cellulaires. Effectivement, elles sont capables de produire toutes les cellules du système hématopoïétique, mais aussi des neurones, des myoblastes, des ostéoblastes, c'est-à-dire en fait quasiment tous les types tissulaires retrouvés dans un organisme. Ces cellules venaient de la moelle osseuse et d’une mise en culture assez complexe, où une sous-population extrêmement rare ressemblait à ces cellules là. A partir de ce moment on a imaginé qu’on allait pouvoir soigner la plupart des pathologies.

· des effets d’annonce au delà de la réalité scientifique.

Applications thérapeutiques imaginées

En fait, je dirais que le soufflet est tombé d’un coup en 2002-2003, où différentes études ont commencé à mettre en doute la véracité scientifique totale de mal de ces travaux (qui n’étaient pas malhonnêtes). On s'est rendu compte que dans tout tissu ou organe il y a des cellules circulantes qui passent, d'autres types de cellules (du système hématopoïétique et immunitaire). Lorsque vous isolez une population cellulaire il peut y avoir ces contaminants, en minorité, que l'on ne voit pas, qui peuvent donc passer inaperçues. Mais par contre lorsqu'elles seront injectées dans un autre endroit et elles seront dans le bon environnement, ce qu’on appelle la niche, c'est-à-dire compatible pour la cellule pour assurer sa fonction et donc elle va se développer.

Donc on peut imaginer par exemple dans la première expérience, cerveau vers le sang, que parmi les cellules neuronales que cette équipe a extraites, il restait quelques cellules issues de la circulation (soit des cellules pro-génitrices du sang, soit du système immunitaires) et ce sont ces cellules là, qui, par contamination, auraient reconstitué un système immunitaire et sanguin à la souris qui avait été irradiée.

On a donc démontré les aspects d’une population hétérogène (non clonale)

population hétérogène (non clonale)

Il y a un autre mécanisme qui a été démontré dans ces années 2002 : le fait que les cellules souches ont une autre particularité, elles peuvent fusionner avec d’autres cellules et donc exprimer des protéines propres à ces autres cellules 3.

D’autre part et surtout, la prolifération de ces cellules est extrêmement limitée et si on veut parler de thérapie il faut amplifier ces cellules, il faut qu’elles se divisent en culture pour pouvoir en obtenir suffisamment à injecter chez le patient pour pouvoir le soigner.

De plus les MAPC de Catherine Verfallie qui étaient la panacée, le graal de la thérapie cellulaire s'est avéré être un système qui marche dans son laboratoire, mais quasi impossible à reproduire dans d'autres laboratoires. Donc l’homme n'est visiblement pas une salamandre ni une hydre, cela se saurait.

Les cellules souches embryonnaires humaines. 

Cellules souches embryonnaires humaines

Les cellules souches embryonnaires humaines identifiées et dérivées en 1998, proviennent de ce que l'on appelle un embryon préimplantatoire. Lors de la fécondation, qu'elle soit in utero, ou qu'elle soit hors de l'organisme dans le cas de fécondation in vitro, il y a un œuf qui commence à se diviser plusieurs fois pour donner différents globules, qui seront exactement identiques. Au bout de quelques jours se forme l’embryon, c'est juste une masse d'une centaine de cellules avec des cellules en périphéries (qui vont former ce qu'on appelle le throphoectoderme, composé de trophoblastes, qui servira à constituer le placenta) et une masse interne ronde, le bouton embryonnaire. Dans le cas de fécondation in vitro, cet embryon est dit préimplantatoire et les cellules du bouton embryonnaire donneront, lorsque qu’on va les mettre en culture, les cellules souches embryonnaires. Il faut bien comprendre que les cellules souches embryonnaires sont un artefact de culture, qu’elles n’existent pas in vivo, dans l'organisme, mais que c’est lors de la mise en culture qu’elles deviennent ces fameuses cellules souches embryonnaires.

Donc, lorsque des couples ont des difficultés à avoir des enfants, ils vont faire ce qu'on appelle une fécondation in vitro pour pouvoir produire ces embryons préimplantatoires en nombre important. Certains vont être congelés en vue d’obtenir des enfants dans le futur et un certain nombre vont être implanté dans l'utérus maternel. Si tout va bien il y a grossesse et les embryons surnuméraires seront utilisés pour faire un autre enfant quelques années plus tard. Si ça n'a pas marché on réessaye. Mais en fait, il reste énormément d'embryons surnuméraires congelés dans de l'azote, des dizaines de milliers en France et qui n'ont plus ce que l'on appelle de projet parental, c'est-à-dire que les parents ont été satisfaits parce qu'ils ont eu un, deux ou trois enfants soit parce que cela n'a jamais marché. On se retrouve avec ces embryons surnuméraires sans projet et la loi française dit qu'ils doivent être détruits au bout de cinq ans. Cette loi date de quelque 20 ans et aucun embryon surnuméraire n'a jamais été détruit en France. Jusqu'il y a deux ans il était interdit de toucher à ces embryons préimplantatoires et de dériver des cellules souches embryonnaires humaines. D'autres l'ont fait dans d'autres pays, les premiers furent les États-Unis et la Suède, Israël et l'Australie.

Cellules souches embryonnaires humaines

Ils ont donc dérivés, à partir d'embryons surnuméraires qui n'avaient plus de projet parental, ces cellules qui ont un potentiel extrêmement important puisqu'elles se renouvellent à l’infini, comme toutes les cellules souches. On a établi des lignées immortelles, que l'on se transmet d'un laboratoire à l'autre dans le monde entier, qui sont toujours capables de s'auto-renouveler et qui sont aussi capables de pluripotence, c'est-à-dire que de se différencier en tous les types cellulaires de l'organisme humain (à l'exception du placenta) et même des gamètes (il a été montré que les cellules embryonnaires souches peuvent donner des spermatogonies 4, des ovocytes). C'est-à-dire qu'en théorie et en termes de cellules, on peut recréer un organisme humain complet. Vous imaginez les problèmes éthiques que cela peut poser.

La cellule souche embryonnaire est très intéressante pour deux choses tout d'abord comme modèle cellulaire parce qu'elle récapitule en culture et extrêmement fidèlement, ce qui se passe in vivo, c'est-à-dire dans l’utérus maternel et cela nous permet d'avoir accès à tous les mécanismes du développement embryonnaires et vous savez qu'il y a beaucoup de problèmes dans le développement précoce d'un embryon, beaucoup d'avortements très précoces et les cellules souches embryonnaires sont extrêmement importantes pour comprendre pourquoi un développement ne se réalise pas parce qu'en fait des cultures de cellules souches embryonnaires on peut voir la formation spontanée des. Ces études sont extrêmement intéressantes pour comprendre pourquoi un développement ne se poursuit pas dans les premiers stades. Ces cellules peuvent se différencier dans tous les types cellulaires différents, qui peuvent fabriquer pratiquement tous les tissus 5. Donc elles sont extrêmement utiles pour les tests cytotoxiques et pour les criblages de médicament. Ceci est très important, parce que petit à petit l'Europe est en train d'imposer aux entreprises de pharmacologie et biotech de ne plus utiliser les animaux pour des tests, justement, de toxicologie et de criblages de médicament, notamment pour l’AFSSAPS 6. On devrait dans l’avenir, au moins pour la cosmétologie, se passer des animaux en utilisant des alternatives cellulaires.

Potentiel thérapeutique théorique des cellules souches embryonnaires.  

· Maladie de Parkinson :

la maladie de Parkinson

Je vous donne un exemple de ce que l'on peut faire avec des cellules souches embryonnaires humaines illustrant leur potentiel (il s’agit évidemment de modèles animaux, aucune phase clinique n'a été proposée encore avec ces cellules, ce qui ne pas dire que cela le sera dans le futur). C’est au sujet de la maladie de Parkinson, malheureusement de plus en plus fréquente, et vous connaissez bien les symptômes de cette maladie. En fait la vraie pathologie est qu'il y a perte des neurones dopaminergiques. Un groupe américain dirigé par Ron Mc Kay à fabriqué un modèle animal de la maladie de Parkinson en administrant une molécule, qui est le 6-OH-DA dans le cerveau de ces rats pour détruire les neurones dopaminergiques, et ensuite ils ont tenté de restaurer les fonctions normales en injectant dans différentes régions du cerveau du rat, des cellules souches embryonnaires humaines 7, qu'ils avaient différenciées en neurones dopaminergiques grâce à un promoteur de différenciation (promoteur Nurr1). Ils ont vu, déjà, que même en s'éloignant du lieu de l'injection, ils retrouvaient un nombre considérable de neurones dopaminergiques formés à partir des cellules souches embryonnaires humaines, avec leurs corps et avec leurs prolongements. 8

modèle animal de la maladie de Parkinson

Ils ont fait ce test, qui est l'un des tests fonctionnels pour voir si l'animal pouvait récupérer une partie de ses fonctions : si on injecte de l’amphétamine à des animaux qui sont lésés dans un hémisphère, du fait de la perte de neurones dopaminergiques, ils vont tourner en rond autour d’eux même, ils tournent vite puisqu’ils tournent à 800 rotations par 70 minutes (une rotation toute les 5 secondes), c'est extrêmement rapide et en permanence 9. Ensuite à ces animaux malades, ils ont injecté des cellules souches embryonnaires humaines non différenciées (qui n'étaient pas des neurones, mais des cellules indifférenciées) mais qui alors se sont retrouvées dans une niche, c'est-à-dire un environnement adéquat qui les a fait se transformer in situ en neurones, le test à l’amphétamine a été renouvelé et a montré que le phénomène de rotation était réduit.

administration d’amphétamine

Ce qui est paradoxal c’est que lorsqu’on injecte des neurones dopaminergiques dans l’hémisphère atteint, on obtient un diagramme qui montre que le rat, au lieu de tourner dans un sens, se met à tourner dans un autre sens. Cela veut dire qu'en fait non seulement on a réparé la fonction, mais on a déséquilibré les deux hémisphères : en injectant un nombre de cellules fonctionnelles, on a perturbé cet équilibre en donnant trop d'activités dopaminergique à l’hémisphère lésée.

C’est une espèce de preuve de principe qui est loin d’être encore possible chez le patient. Dans d’autres études il y a eu l'apparition de tératomes, tumeurs bénignes, dans le cerveau injecté. En fait on pense que ces tératomes sont dus en partie aux quelques cellules souches embryonnaires non différenciées qui seraient contaminantes dans la population des cellules neuronales. Ces travaux tendent vers une promesse, mais on ne va pas soigner demain.

· Anomalies cardiaques :

anomalies cardiaques et délétion Id

Voici un autre exemple afin de vous montrer le potentiel extraordinaire des cellules souches embryonnaires humaines et qu'elles possèdent la capacité à répondre un environnement qui peut même être très loin. Elles sentent un environnement. Elles reçoivent des informations, et en réponse à des informations de stress ou des informations d'appel, elles peuvent réagir et produire les molécules manquantes. C'est ce que démontre cette étude assez sophistiquée d'une équipe américaine 10 qui a en fait enlevé trois gènes chez la souris appelés Id (codants pour 2 molécules WNT5a et IGF1 (Insulin-like growth factor 1) etextrêmement importants pour la fabrication du cœur.

Réponse des ESC à l’environnement

Lorsque ces trois gènes ne s’expriment pas car ils sont mutés, au cours de l'embryogenèse chez le fœtus murin, le cœur ne se forme pas et les souriceaux meurent avant la naissance. Donc c'est une pathologie extrêmement sévère car il y a une désorganisation totale de l’épithélium cardiaque. Pour résumer cette étude complexe, ils ont injecté des cellules souches embryonnaires humaines à une femelle avant qu'elle soit gestante. Cette souris était porteuse des trois mutations sur les trois gènes c'est-à-dire en la mettant en contact avec un mâle qui portait ces trois anomalies aussi, leur descendance ou une partie de leur descendance devrait mourir au cours du développement embryonnaire du fait de l'incapacité à former un cœur. Le fait d'injecter des cellules souches embryonnaires humaines dans le péritoine de cette souris avant qu'elle voit un mâle a permis de sauver des souris qui portaient les mutations sur ces trois gènes et cette étude a montré que la cellule ES a senti à distance s l'absence de 2 molécules WNT5aet IGF1 et a produit ces molécules pour en fait contrecarrer l'absence de ces gènes qui codent pour ces molécules. C’est très expérimental et très loin d'une application mais c’est pour montrer qu’elles ont un potentiel formidable.

· Peau et thérapie cellulaire

reconstruction de peau

Comme je vous ai dit tout à l'heure la peau possède des annexes cutanées, les cheveux, poils mais aussi la glande sébacée sudoripare, essentielle pour une fonction de peau parfaite, ce qui nous manque encore aujourd'hui dans les méthodes de la thérapie cellulaire des grands brûlés. Ce que mon laboratoire a fait depuis quelques années c’est d’utiliser des cellules souches embryonnaires pour montrer que l'on peut récapituler tout le développement embryonnaire et fœtal qui aboutit à la formation de peau. On est arrivé à la formation d'une peau avec un épiderme et un derme qui sont tout à similaires à celle d’une peau embryonnaire avec les kératinocytes pluristratifiés, la couche cornifiée etc... On peut (et nous avions été les premiers à le faire) récapituler vraiment le dialogue qu'il y a entre les différents engagements, ce qui se passe en fait dans l'utérus, pour arriver à la formation d'un organe complet.11

On a pu également montrer qu'on est capable de refaire les sébocytes, justement ces cellules qui produisent le sébum et qui sont indispensables pour lubrifier cette peau sinon elle est extrêmement sèche et très difficile à accepter.

Reconstitution de peau murine

Donc l'un de nos projets est de continuer à démontrer la multipotence des cellules qu'on a fabriquées pour obtenir des follicules pileux (certains n'en ont pas, certains autres aimeraient ne pas en avoir trop) donc il s'agit d'applications cosmétologiques extrêmement importantes, de fabrication de peau (pour non seulement pour les grands brûlés mais pour toutes les maladies liées à des défauts de la peau et il y en a une centaine) et évidemment tout ce qui touche à l'acné et qui concerne des millions d'adolescents de par le monde.12

Cette approche des cellules souches embryonnaires est extrêmement intéressante pas uniquement pour la thérapie mais vraiment aussi pour les modèles cellulaires et la toxicologie.

Les limites. 

Mais les limites, très importantes sont d'abord la question d'éthique, comme je vous l'ai dit tout à l'heure chaque pays a son niveau de réponse par rapport à ces problèmes d’éthique qui sont très différents, qui évoluent (on l’a vu en France qu'une révision de la loi de bioéthique, il y a deux ans a permis l'importation de cellules souches humaines à visée thérapeutique). Je vais juste vous donner deux exemples de la difficulté de décider.

Un des gros problèmes, c'est qu'en fait on n'a pas encore défini le statut d'un embryon préimplantatoire. Est-ce que c'est une masse cellulaire ? Est ce que c'est déjà un être vivant potentiel ? La question est si c’est être vivant mais comme il n’est, par ailleurs, pas réimplanté, il n'a aucune chance de donner vie. À quel moment la vie commence ? tout dépend des religions tout dépend de votre sensibilité personnelle, mais faut dire la difficulté c'est lorsque les cellules souches embryonnaires humaines ont été dérivées aux États-Unis et en Israël en 1998, immédiatement (c'était déjà George Bush qui était président) il y a eu un moratoire, il y a eu décision de loi par le président, que les lignées qui ont été dérivées ne pourraient être utilisées que par des fonds privés, parce que éthiquement on ne pouvait pas utiliser ces cellules par des fonds publics. C'est une hypocrisie intéressante. Mais nous avons fait pas mal nous aussi en France : la loi interdit l'utilisation des cellules souches embryonnaires humaines aujourd'hui mais donne des dérogations. Donc c’est une interdiction, puis on donne une autorisation à X, You Z en fonction de critères scientifiques ou autres.

potentiel thérapeutique des cellules ES

Le deuxième problème des cellules ES humaines, c’est qu’elles sont halogéniques, c'est-à-dire qu'elles ne proviennent pas du patient, donc il aura certainement un rejet immunitaire, une réponse immunitaire. Il y a certains travaux qui tentent d'indiquer au contraire qu'elles tendent à induire une certaine tolérance, c'est-à-dire qu'elles vont faire comprendre à l'organisme, au système immunitaire « je ne suis pas étranger au contraire je t'appartiens ». Mais il y a un danger, une trop grande tolérance donne une perméabilité à la transformation cellulaire et à la fabrication de tumeurs.

Alors juste pour terminer je voudrais rappeler que le travail sur les cellules souches embryonnaires humaines a permis d'identifier plusieurs gènes extrêmes important pour l’autorenouvellement (permettre à une cellule d'être immortelle). Vous en imaginez l’importance, parce que ces molécules là, si on peut les faire exprimer par des cellules adultes de notre corps, elles auront peut-être une application thérapeutique formidable !

Dernière « révolution » les IPSC (induce pluripotent stem cells) 

Et effectivement la nouvelle révolution en biologie fin 2007, nous sommes en train de la vivre, est la nouvelle amenée par un groupe japonais Shinya Yamanaka 13 , qui a été suivie un mois plus tard par les articles de trois groupes américains de Boston 14 et qui ont montré qu'il suffisait de prendre un fibroblaste 15 et de lui introduire à l’aide d’un rétrovirus les quatre gènes oct-4, nanog, sox-2, Klf4 et que cela suffit pour transformer une cellule adulte (sans aucun potentiel autre que la fonction pour laquelle elle était formée) en cellule pluripotente, identique à l'identique à une cellule souches embryonnaire humaine et ça a été vraiment extrêmement frappant, choquant de simplicité. 16

Alors quel est l'intérêt ? D'abord il n'y a pas de problème d'éthique, puisque vous ne partez pas d'un embryon, vous pouvez avoir accès à une autogreffe. Dans le cas d’un malade atteint de Parkinson, en théorie, vous allez lui prendre une biopsie et vous allez transformer ses cellules en cellules pluripotentes, ensuite grâce à ces cellules souches embryonnaires humaines (et c’est pour cela que c'était bien qu’on nous autorise cette recherche sur les cellules souches embryonnaires), on pourra les différencier en cellules neuronales dopaminergiques et les réinjecter dans le cerveau du patient pour lui redonner ses fonctions. C’est un exemple parmi d'autres. La complexité est que cela coûte très cher, cela prend du temps. Est ce que cela va être rentable pour une société ? C’est un autre débat.
Nous nous intéressons à cette approche, de ce qu'on appelle les IPSC (induce pluripotent stem cells) en thérapie génique. Une des grandes forces de ce système est qu’une cellule pluripotente est capable de subir ce qu'on appelle la recombinaison homologue. C'est un peu compliqué mais c'est une situation qui s'explique de cette manière : lorsque vous un patient qui est victime d'une mutation sur un gène, vous pouvez si vous avez une cellule pluripotente, introduire le gène normal et par un simple mécanisme il y aura inversion, il y aura remplacement, de l'allèle du gène muté par l’allèle du gène normal. Cela veut dire que si vous avez un patient atteint d'une maladie grave, vous prenez une partie de ses fibroblastes, vous les transformez en cellules pluripotente vous inversez, vous remplacez, la mutation par un gène sauvage, vous redifférenciez vos cellules dans l’engagement qui vous intéresse et vous les greffez au patient.

Vous voyez il y a beaucoup de choses intéressantes qui ont eu lieu ces dernières années, je mets un bémol pour chaque chose, c'est-à-dire c’est très joli mais il reste à le faire. Vous voyez que en thérapie d'aujourd'hui il n'y a aucun essai clinique que se soit avec des cellules adultes ou avec des cellules embryonnaires autres que ceux qu'on connaît déjà depuis des dizaines d'années parce que il faut énormément de temps entre la découverte et puis son utilisation en thérapie.

 

NOTE(S)

1 Schwartz, RE, Reyes, M, Koodie L, Jiang Y, Blackstad M, , Lund T, Lenvik T, Johnson S Hu W-S, Verfaillie CM. Multipotent adult progenitor cells from bone marrow differentiate into functional hepatocyte-like cells. J Clin. Invest. 109, 1291-1302, 2002. (IF: 15.0)

2 Jiang Y, Jahagirdar BN, Reinhard RL, Schwartz RE, Keene CD, Ortiz XR, Reyes M, Lenvik T, Lund T, Blackstad M, Du J, Aldrich S, Lisberg A, Low, WC, Largaespada DA, Verfaillie CM. Pluripotency of mesenchymal stem cells derived from adult marrow. Nature 418:41-9, 2002. (IF: 29.3)

3 Par exemple une cellule souche du cerveau que l'on retrouve dans l’intestin va exprimer des marqueurs spécifiques (protéines) de l'intestin non pas parce qu'elle est devenue une cellule de l’intestin mais parce qu’elle a fusionné avec elle, et aura acquis l’expression de ces marqueurs.

4 Les spermatogonies sont des cellules germinales qui restent inactives jusqu'à la puberté et qui ensuite subissent une succession de mitoses et de méioses avant de se différencier en cellules productrices de spermatozoïdes.

5 Pour illustrer, un exemple, lors de cultures de cellules souches embryonnaires, vous pouvez obtenir des cardiomyocytes, qui par une organisation spontanée de centaine de cellules, se mettent à battre ensemble pour fabriquer un muscle cardiaque actif dans votre boîte de culture et lorsque vous regardez ces cultures au microscope, vous voyez un petit « cœur battant », c’est très impressionnant.

6 AFSSAPS, agence française de sécurité sanitaire des produits de santé.

7 Pour ce type d’expérience, les animaux utilisés ont une déficience immunitaire qui leur permet d’accepter des xénogreffes (trans-espèces) et de ne pas présenter de phénomène de rejet, cela permet d’utiliser l’expérimentation animale avec des cellules humaines et ainsi d’être au plus près de ce que l’on obtiendra un jour en clinique.

8 Articles sur cette modélisation animale de Ron Mc Kay :

Nature Neuroscience 1, 290 - 295 (1998) doi:10.1038/1105 Transplantation of expanded mesencephalic precursors leads to recovery in parkinsonian rats Lorenz Studer, Viviane Tabar & Ron McKay.Nature 418, 50-56 (4 July 2002) | doi:10.1038/nature00900; Received 24 April 2002; Accepted 12 June 2002; full text

Dopamine neurons derived from embryonic stem cells function in an animal model of Parkinson's disease Jong-Hoon Kim, Jonathan M. Auerbach, José A. Rodríguez-Gómez, Iván Velasco, Denise Gavin, Nadya Lumelsky, Sang-Hun Lee, John Nguyen, Rosario Sánchez-Pernaute, Krys Bankiewicz and Ron McKay Published online 20 June 2002; http://www.nature.com/nature/journal/v418/n6893/abs/nature00900.html.

9 Ce n'est pas exactement ce qu’il se passe chez le patient atteint de Parkinson, mais c'est une situation assez proche du point de vue fonctionnel.

10 Rescue of Cardiac Defects in Id Knockout Embryos by Injection of Embryonic Stem Cells. Diego Fraidenraich, Elizabeth Stillwell,Elizabeth Romero, David Wilkes, Katia Manova, Craig T. Basson, Robert Benezra. Science 8 October 2004: Vol. 306. no. 5694, pp. 247 – 252 DOI: 10.1126/science.1102612.

11 Embryonic stem cells and epidermal commitment. Daniel ABERDAM, Edith ABERDAM, Karen GAMBARO, Robert BARTHEL and Matthieu ROULEAU. INSERM U634, Nice. Bull. Acad. Natl. Med. 2005 Cellules souches embryonnaires et lignage épidermique. http://insermtechnion.com/Documents/académie de Médecine.pdf

Epidermal stem cells R Barthel, D Aberdam 2005 European Academy of Dermatology and Venereology JEADV (2005) 19, 405–413. http://www.blackwell-synergy.com/doi/pdf/10.1111/j.1468-3083.2005.01279.x

12 Question de P.A. Miquel : Vos nous avez expliqué que l'on peut reconstituer le derme et l'épiderme et la structure complète de la peau à partir de cellules souches.

Ma question immédiate est comment l'architecture de la peau se constitue-t- elle ? Sans doute pas uniquement par la fabrication de protéines par les gènes. Comment expliquer qu'avec des cellules souches on puisse reconstituer non pas seulement ces différentes cellules mais aussi cette architecture ?

Réponse de D. Aberdam : c'est ça qui est extraordinaire, mais on le sait déjà parce que cette organogénèse qu' on fait en fait déjà en culture, provient du fait que les kératinocytes, cellules de l'épiderme, lorsqu'on les place sur des cellules du derme, vont se polariser, c'est-à-dire secréter des molécules, qu'on appelle des intégrines, des récepteurs, et des protéines d'adhésions qui vont permettre à la cellule d'adhérer sur le derme. Le fait d'adhérer sur le derme va lui indiquer qu'elle a une polarité. Elle sait où est le Nord et le Sud, elle sait s'organiser dans l'espace. À partir de là elle va suivre un programme pour lequel elle a été définie. Le plus extraordinaire, et effectivement tu touches du doigt cela, c'est que dans la photo que je vous ai montré de cette peau reconstituée par les cellules ES, on a pas mis séparément des kératinocytes et des fibroblastes, on a pas séparé un derme d'un épiderme. Ces cellules souches embryonnaires se sont différenciées dans les deux types cellulaires, les kératinocytes et les fibroblastes, et se sont parlés dans la boîte de culture et se sont dit " toi tu vas là, toi tu vas là. Il y a une organisation dans les trois dimensions qui s'est opérée de part une propriété intrinsèque. La cellule sait ce qu'elle doit faire, surtout si sa voisine qui a une autre fonction, lui confirme bien « qui et quoi » dans l'histoire. Mais c'est vraiment un jeu de tango qui extrêmement fin et organisé.

13 L’Article : Cell, Vol 131, 861-872, 30 November 2007 Induction of Pluripotent Stem Cells from Adult Human Fibroblasts by Defined Factors. Kazutoshi Takahashi, Koji Tanabe, Mari Ohnuki, Megumi Narita, Tomoko Ichisaka, Kiichiro Tomoda, and Shinya Yamanaka.

14 Un article d’Yves MIAUX sur cette actualité technologique internationale « Transformation de fibroblastes humains adultes en cellules pluripotentes »

15 Cellules qui se trouvent dans le derme, en effet vous prélevez une petite biopsie que vous mettez en culture et vous obtenez très facilement des fibroblastes.

16 « c'est trop facile pour être vrai !» c’est un peu la réaction qu'on a eue. Vous avez entendu parler du scandale qu'il y a eu il y a deux ans : un chercheur de Corée avait inventé des résultats pour être le premier à avoir réussi à faire un transfert de noyau sur des cellules humaines. Donc on est très prudent maintenant au sujet des annonces dans le domaine. Mais la chance qu'ont eu les Japonais, c’est que les trois équipes américaines de Boston ont confirmés dans le mois ces résultats et nous qui nous intéressons de près à ceci (nous collaborons avec une des équipes de Boston pour l'utilisation de ces cellules en thérapie) on peut vous dire que c'est d'une simplicité enfantine et c'est assez incroyable que, aussi facilement, une cellule adulte puisse se reformer en cellule embryonnaire.

 

NOTICE BIOGRAPHIQUE

Daniel ABERDAM

Le Professeur Daniel ABERDAM est directeur de Recherche INSERM et Professeur au TECHNION (Rapport Institute of the Israeli institute of Technology, Haïfa, Israël). Il dirige l’unité 898 INSERM (Faculté de Médecine de Nice, France) et le laboratoire INSERTECH (Haïfa, Israël.)

Ses trois axes principaux de recherche sont :

· Mise au point d’un modèle cellulaire de la formation épidermique : par l’utilisation de cellules souches (ES) embryonnaire murines, qui reproduit les étapes embryonnaires autrement inaccessibles et qui permet d’identifier les évènements moléculaires mis en jeu au cours de la morphogenèse cutanée et pour le maintien de la multipotence.

Ce modèle sert à étudier le rôle de P63 (molécule clé de la physiopathologie cutanée) et de ses différentes mutations et de leurs implications dans les pathologies du développement et dans l’initiation de la cancérogenèse.

· L’étude de la réponse cutanée au stress génotoxique, oncogenèse et progression tumorale par la compréhension du système de protection des kératinocytes aux UV, nécessaire à l’identification des gènes dont le fonctionnement altéré est à l’origine de l’initiation de la cancérogenèse cutanée et par la compréhension des bases moléculaires impliquées dans la tumorigénèse des cancers de la sphère ORL dus au tabac et à l’alcool.

· Et, développés avec INSERTECH : L’évaluation du potentiel thérapeutique des cellules épidermiques issues de souches embryonnaires humaines (huES) notamment pour le traitement des grands brûlés et les greffes de cornée. L’étude de leurs réponses allogéniques (tolérance ou rejet) après transplantation. L’obtention de lignées stables précurseurs de kératinocytes folliculaires et sébocytaires (extrêmement utiles aux industriels impliqués dans la mise au point et la validation de composés thérapeutiques et cosmétologiques liés à l’alopécie et à l’acné, et alternatives à l’utilisation d’animaux pour les tests de toxicité).

 

SITE(S) CONNEXE(S)

Vidéo de l’intervention du Pr Daniel Aberdam dans le cadre du cycle de conférences « le vivant et l’artificiel » Mars 2008 MAMAC Nice France et interview complémentaire. (page consultée le 9 mai 2008) : http://www.unice.fr/master-creation/MAMAC20072008/daniel_aberdam.html

Catherine Verfallie

AFSSAPS, agence française de sécurité sanitaire des produits de santé, les essais cliniques en France.

Ronald D.G. McKay, Ph.D., Senior Investigator, Laboratory of Molecular Biology, NINDS, National Institute of Neurological Disorders and Stroke.

Shinya Yamanaka, Institute for Frontier Medical Sciences, Kyoto University. http://www.icems.kyoto-u.ac.jp/cira/e/index.html

Jove, journal of visualized experiments : une video “Generating iPS Cells from MEFS through Forced Expression of Sox-2, Oct-4, c-Myc, and Klf4G. Grant Welstead, Tobias Brambrink, Rudolf Jaenisch
Whitehead Institute for Biomedical Research, Massachusetts Institute of Technology”

 

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Cette publication a été rendue possible grâce au soutien financier d'Hexagram, du groupe de recherche des arts médiatiques (GRAM), de la Faculté des arts de l'UQAM, de la Chaire du Canada en esthétique et poétique de l'UQÀM (CEP), ainsi qu'à une subvention, pour une quatorzième année consécutive, du Conseil des arts du Canada (CAC).