Cellules souches, enjeux et applications

Cellules souches et thérapie cellulaire laissent entrevoir des promesses alléchantes dans le traitement de nombreuses pathologies et notamment dans la production de cartilage articulaire. Certainement avez-vous déjà entendu parlé de ces techniques porteuses d’espoirs, mais savez-vous d’où proviennent les cellules souches et comment distinguer les différents types existants ? Quelles sont leurs applications et les avantages présentés ?
Alors qu’en 2017 plus de 5 000 études cliniques étaient en cours, arthrose.fr a souhaité apporter un éclairage sur ces thérapies cellulaires afin que chacun d’entre nous perçoive les enjeux et les espoirs, réels ou supposés, proches ou lointains, de ces techniques innovantes.
Bienvenue dans les méandres du corps humain !

Qu’est-ce qu’une cellule souche ?

Les cellules souches sont des cellules qui ne sont pas encore différenciées, ni spécialisées dans le but de s’acquitter d’une fonction spécifique et définitive. Le particularisme de ces cellules est de posséder la capacité de s’auto-renouveler, de se multiplier à l’infini et de se différencier en plusieurs types de cellules selon les besoins de notre organisme. Nous pourrions schématiquement les définir comme étant les cellules mères de toutes les autres cellules.
Dépourvues de structures spécifiques permettant de remplir une fonction particulière tel le transport du sang par exemple, les cellules souches peuvent, après avoir muté, se transformer en cellules spécialisées remplissant une fonction déterminée. Notre organisme est en grande partie composé de cellules spécialisées, on en compte environ 200 types différents. Parmi celles-ci notons les plus connues comme les globules rouges, les neurones, les adipocytes permettant de stocker les graisses… La durée de vie de ces cellules étant inférieure à notre espérance de vie, il est nécessaire de les remplacer lorsqu’elles meurent. Ainsi, si les cellules souches permettent le développement complet du corps humain aux origines de la vie, elles permettent également au cours de notre existence de reconstituer nos besoins en cellules spécialisées.

D’où proviennent les cellules souches ?

Les cellules souches peuvent provenir de différents organes composant notre corps, ainsi distingue t-on principalement quatre sources :
• Le cordon ombilical
A la naissance d’un bébé, le sang du cordon ombilical de l’enfant est composé de cellules souches hématopoïétiques et mésenchymateuses qui peuvent être recueillies et stockées pour des utilisations ultérieures. Si les cellules hématopoïétiques peuvent produire des hématies ainsi que des cellules du système immunitaire, les cellules mésenchymateuses sont en capacité de produire de l’os, du cartilage et bien d’autres tissus.
La moelle osseuse
La moelle osseuse qui se trouve au coeur des os constitue la source principale pour recueillir les cellules mesenchymateuses, mais elle permet également de prélever des cellules hématopoïétiques ce qui en fait une source porteuse pour la fabrication de médicaments régénérateurs à des fins thérapeutiques.
• Le tissu adipeux
Les cellules souches prélevées dans le tissu adipeux (tissu assurant le stockage des graisses) sont des cellules mesenchymateuses ayant la faculté de se différencier en cellules adipocytes, chondrocytes, myocytes, neurocytes ainsi qu’en bien d’autres types de cellules.
Le liquide amniotique
Le liquide amniotique n’est autre que le liquide qui enveloppe le foetus. La membrane ainsi que le liquide amniotique constituent d’excellentes sources de cellules souches embryonnaires pouvant se multiplier et former n’importe quel type de cellule. Bien qu’habituellement jetés après la naissance, la membrane et le liquide amniotique sont, depuis une période récente, conservés à très basse température (-80°c) dans l’optique d’une future utilisation thérapeutique.

Les différents types de cellules souches

Il existe quatre types de cellules souches pouvant être classés selon leur potentiel de différenciation.

• Les cellules souches totipotentes
Issues des toutes premières divisions de l’oeuf fécondé, elles peuvent se différencier en tout type de cellules de l’organisme.

• Les cellules souches pluripotentes
Ces cellules souches pluripotentes, également désignées sous le terme de cellules embryonnaires, possèdent la capacité illimité de générer des cellules souches spécialisées de l’organisme. Ces cellules sont issues d’un embryon très précoce de 5 à 7 jours suivant une fécondation « in vitro » et peuvent se différencier en plus de 200 types de cellules représentant tous les tissus du corps humain. Issues de FIV (fécondation in vitro) excédentaires, le prélèvement de ces cellules souches sur l’embryon doit bien sûr recueillir l’accord des parents pour céder gratuitement un embryon à la recherche médicale. A ce stade très précoce de développement, il sera possible de recueillir environ une trentaine de cellules souches, toutes en capacité de se différencier en tout type de cellules. Cultivées en laboratoire après leur prélèvement, ces cellules vont alors se multiplier et, selon leur milieu de culture, vont pouvoir se différencier en différents types de cellules spécialisées telles des cellules du foie, du cerveau, du sang…

• Les cellules souches multipotentes
Ces cellules issues de tissus foetaux ou adultes peuvent se différencier en un nombre limité de types cellulaires. Ces cellules souches se prélèvent aisément au sein du tissu adipeux ou de la moelle osseuse et peuvent donner naissance à des cellules cartilagineuses, osseuses, graisseuses ou encore à des fibres musculaires… Outre leur faculté à se différencier en cellules spécialisées, elles sécrètent également des facteurs de croissance ayant un effet bénéfique sur les cellules environnantes ainsi que des facteurs anti-inflammatoires entraînant une immunosuppression locale favorisant la fonction de cellules régulatrices de l’immunité.
D’autres cellules souches multipotentes peuvent également être utilisées, notamment les cellules souches cutanées utilisées depuis plusieurs décennies pour traiter les différentes couches de l’épiderme et greffer les grands brûlés.
Les cellules souches de l’oeil permettent quant à elles de réparer les lésions de la cornée.
Enfin, les cellules souches hématopoïétiques issues de la moelle osseuse sont la source de l’ensemble des cellules sanguines. Dans certaines pathologies comme les cancers hématologiques, ces cellules permettent de reconstituer un réservoir de cellules sanguines saines après avoir détruit les cellules malades via la chimiothérapie.

• Les cellules unipotentes
Ces cellules sont issues de tissus adultes ; elles ne sont en mesure de donner naissance qu’à un seul type de cellule spécialisée et participent à ce titre au renouvellement de n’importe quel tissu.

A noter également : les cellules souches pluripotentes induites (dites cellules IPS)
Ces cellules sont des cellules adultes reprogrammées génétiquement dans le but de posséder des caractéristiques identiques à celles des cellules embryonnaires. Mise au point au Japon en 2006, cette technique a valu à son auteur, le chercheur Yamanaka, le prix Nobel de Médecine 2012.
Dotées des mêmes capacités que les cellules embryonnaires en termes d’auto renouvellement et de différenciation en cellules spécialisées, elles présentent l’avantage d’un prélèvement aisé via une biopsie et ne posent aucun souci éthique à la différence de leurs cousines embryonnaires. Outre ces avantages notables, ces cellules IPS suscitent l’espoir de produire des cellules à partir des propres tissus d’un patient afin de traiter sa maladie sans risque de rejet immunitaire. Enfin ces cellules modifiées permettraient la constitution de banques de cellules IPS au sein desquelles il serait envisageable de trouver un donneur compatible pour les patients. Le frein actuel à la production de ces cellules est représenté par la maîtrise incertaine du processus de reprogrammation qui n’est pas encore suffisamment éprouvé. Dans l’attente d’un mode de fabrication sûr et efficace, l’utilisation de ces cellules IPS demeure donc théorique.

Ou en est-on actuellement ?

Si les cellules souches constituent des outils importants, notamment dans la compréhension du développement humain et de certaines maladies, la difficulté réside dans la mise au point du milieu de culture permettant d’orienter les cellules souches vers le type de cellules désirées. Il est en effet essentiel de concevoir un milieu de culture homogène garantissant une grande stabilité après l’implantation chez le patient, car une seule cellule demeurant indifférenciée se renouvellerait indéfiniment au sein de l’organisme du patient la recevant, avec le risque de provoquer un cancer.
Une fois ce milieu de culture obtenu, reste aux laboratoires à adapter leur procédure aux normes de bonnes pratiques de production afin de parvenir à créer des cellules thérapeutiques de grade clinique, condition impérative pour que ces cellules soient agrées par les autorités de santé et que des essais puissent démarrer chez l’homme.
L’intérêt global des cellules souches peut suivre deux axes majeurs :

  • Les cellules IPS sont aujourd’hui utilisées dans le but de modéliser une maladie, c’est notamment le cas de la maladie de Parkinson, du diabète de type 1, de la trisomie 21 ou encore de la maladie de Hutington par exemple. A ce titre, des cellules sont prélevées sur un patient atteint de la maladie, puis reprogrammées en ayant pour objectif d’étudier les mécanismes de la pathologie et d’essayer de corriger la mutation en testant des molécules thérapeutiques.
  • Les greffes de cellules souches constituent quant à elle l’essence même de la thérapie cellulaire et sont porteuses d’espoirs en médecine régénératrice. Cette technique est mise en oeuvre depuis les années 70 concernant la greffe de moelle osseuse visant à traiter certaines pathologies graves telle que la leucémie et, nous l’avons vu précédemment, dans le traitement des lésions de la cornée ou de l’épiderme.

Concernant plus particulièrement l’arthrose et les lésions cartilagineuses, des travaux sont actuellement en cours afin de tenter de réparer ou de régénérer le cartilage grâce à l’utilisation de cellules souches mésenchymateuses.
Une autre voie de recherche est aujourd’hui constituée par la transdifférenciation, c’est-à-dire la conversion directe d’un type cellulaire spécialisé en un autre.

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