Les cellules souches sont des cellules indifférenciées capables de s’autorenouveler et de se différencier en cellules spécialisées. Leur potentiel de différenciation dépend de leur capacité (cellules souches unipotentes, multipotentes ou pluripotentes) et de leur origine (cellules souches fœtales, embryonnaires ou adultes). Les cellules souches ont été décrites dans les années 1960 notamment par les chercheurs James Till et Ernest McCulloch. Leur utilisation en clinique dans le cadre de la greffe de moelle osseuse a débuté avant même leur identification formelle dès les années 1950.
Les cellules souches possèdent un potentiel très prometteur pour de nombreuses autres applications cliniques. En particulier, les cellules souches pluripotentes pourraient être utilisées en thérapie cellulaire dans l'objectif de régénérer des tissus mais aussi en pharmacologie afin d'identifier de nouveaux médicaments. Elles font l'objet de recherches cliniques et fondamentales très actives.
Cependant, l'utilisation des cellules souches soulève divers problèmes éthiques. Par exemple, l’origine des cellules souches embryonnaires humaines suscite de vifs débats sur leur recueil qui nécessite la destruction d’embryons humains. Pour répondre à cette critique, la loi française ne permet de réaliser une recherche que sur des embryons obtenus dans le cadre d’une aide médicale à la procréation et qui ne font plus l’objet d’un projet parental. D'autre part, l'essor de leur utilisation et de leur potentiel mis en avant ces dernières années peut donner lieu à des pratiques tel que le "tourisme de cellules souches".
vignette|A) Cellules souches humaines indifférenciées en culture. B) Cellules différenciées en neurones. vignette|Phase de colonie de cellules souches embryonnaires humaines
On distingue plusieurs types de cellules souches selon leurs capacités de différenciationNote : Beaucoup d'auteurs considèrent qu'il n'existe pas de cellules souches multi- ou unipotentes: il s'agirait plutôt selon eux soit de cellules progénitrices, soit de cellules souches dont les capacités de différenciation ont été sous-estimées. En outre, certains auteurs utilisent le mot « totipotence » avec le même sens que « pluripotence » ; stricto sensu les cellules totipotentes (animales) ne peuvent être considérées comme étant des cellules souches, mais seulement comme des cellules indifférenciées. : les cellules souches totipotentes ; ovule fécondé ou cellules issues des premières divisions de cet œuf jusqu'au quatrième jour (morula). Ces cellules sont les seules à permettre le développement d'un individu complet à condition d'être placé in-vivo pour permettre une orientation de l'embryon impossible in-vitro. C’est seulement à ce stade que peut s'opérer un clonage reproductif (vrais jumeaux) par scission embryonnaire. Étymologiquement totipotence signifie « tout pouvoir » indiquant que théoriquement ces cellules peuvent être différenciées en tout type cellulaire de l'organisme qu'elles devaient conduire à former : cellules épithéliales, neuronales, hépatiques… vignette|Cellules souches mésenchymateuses humaines les cellules souches pluripotentes, dont font partie les cellules ES (embryonnaires souches) : les cellules ES ne peuvent pas produire un organisme entier, mais peuvent se différencier en cellules issues de n'importe lequel des trois feuillets embryonnaires, y compris les cellules germinales. Elles ne peuvent à elles seules aboutir à la création d’un individu complet. Elles proviennent en effet de la masse cellulaire interne du blastocyste (au stade de 64 cellules) alors que le placenta qui nourrit l’embryon et le protège de tout rejet par le système immunitaire est produit par la couche cellulaire externe (ou trophectoderme). Elles ont vocation à former tous les tissus de l'organisme. Des cellules pluripotentes peuvent être artificiellement créées à partir de cellules différenciées grâce à l'ajout de quatre facteurs de transcription, on parle de cellules souche pluripotentes induites ; les cellules souches multipotentes ; présentes dans l'embryon ou dans l’organisme adulte, elles sont à l’origine de plusieurs types de cellules différenciées mais conservent leur capacité à s'autorenouveler. Les cellules souches multipotentes peuvent donner naissance à plusieurs types de cellules, mais elles sont déjà engagées dans une certaine direction. On dit que ce sont des cellules déterminées. Leurs potentialités sont donc plus restreintes que celles des cellules ES. Les cellules hématopoïétiques des mammifères, par exemple, donnent des globules rouges, des plaquettes, des lymphocytes T ou B, des macrophages, mais elles ne peuvent pas donner des cellules musculaires. Un autre exemple de cellules souches multipotentes est apporté par les cellules de la crête neurale qui émigrent du tube neural au cours de l'embryogénèse et qui donnent notamment naissance aux mélanocytes, aux neurones et aux cellules gliales du système nerveux périphérique ; les cellules souches unipotentes ne peuvent produire qu'un seul type cellulaire (tout en s'autorenouvelant) comme la peau, foie, muqueuse intestinale, testicule. Certains organes, tels que le cœur et le pancréas, ne renferment pas de cellules souches et n’ont donc aucune possibilité de régénération en cas de lésion. Pour illustrer leur importance, on estime qu’un corps humain normal élimine et remplace 100 milliards de globules rouges et cellules intestinales chaque jour, ou encore que de cellules épidermiques est remplacé quotidiennement.
Production Les cellules souches sont habituellement produites en petite quantité dans des laboratoires de recherche. Elles peuvent être fabriquées en grande quantité dans des bioréacteurs, depuis l'innovation de rupture de TreeFrog Therapeutics.
Utilisations Cellules pluripotentes induites En 2009, la NEDO New Energy and Industrial Technology Development Organization a au Japon annoncé« Les cellules iPS humaines mises à disposition des entreprises et des universités » (BE Japon numéro 499 (17 avril 2009) - Ambassade de France au Japon / ADIT un programme de R&D (partenariat public/privé) de plus de 40 millions d'€ (5,5 milliards de yens) sur 5 ans, sur les « cellules souches pluripotentes induites » (iPs) humaines, avec un triple objectif. développer une production efficace et sûre de cellules iPs (les méthodes actuelles génèrent un risque oncogène et les rétrovirus utilisés peuvent aussi infecter les cellules avec leur propre matériel génétique. améliorer le tri et le contrôle de qualité de ces cellules et comprendre quels types de cellules iPs associer à quels besoins, pour une production plus standardisée et automatisée. Plus de 500 sortes de cellules iPs devraient dans ce cadre être comparées, entre elles et avec d'autres sortes de cellules souches. doter la recherche pharmaceutique de nouvelles méthodes de criblage. Des cellules iPS seront recherchées pour produire du tissu cardiaque humain, que les toxicologues ou écotoxicologues pourront tester vis-à-vis de divers médicaments ou composés chimiques, par exemple pour anticiper d'éventuels effets secondaires sans attendre une phase de tests cliniques.
Cellules souches multipotentes
Les cellules souches multipotentes ont trois caractéristiques : elles peuvent se répliquer indéfiniment en culture, tout en conservant dans des conditions appropriées, leur caractère indifférencié et multipotent elles sont génétiquement normales (ni mutations, ni anomalies chromosomiques) elles peuvent, en culture de laboratoire, à certaines conditions, se différencier en plus de 200 types de tissus (cellules nerveuses, sanguines, de cartilage)
Intérêt en recherche Les cellules souches, soit porteuses d’un gène défectueux, soit manipulées pour contenir des gènes responsables de maladies, offrent une alternative viable. Les scientifiques pourraient utiliser les cellules souches pour modéliser en laboratoire les mécanismes d’une maladie et ainsi mieux comprendre quel est le problème. Étude moléculaire sur l’embryon à son tout premier stade de développement. lignées cellulaires permettant d'étudier le processus de développement biologique dès sa phase initiale, et discerner jusqu’où remontent les défauts à l’origine d'anomalies chromosomiques comme le syndrome de Down (ou « trisomie 21 »). par certaines de leurs caractéristiques (vitesse de division, réactions biochimiques, expressions de gènes), elles s’apparentent de près à des cellules précancéreuses. Leur état instable est un modèle intéressant pour étudier comment une cellule peut basculer vers l’état cancéreux, en parallèle avec la recherche génomique. les cellules souches pluripotentes humaines pourraient aboutir au développement de médicaments stratégies thérapeutique nouvelles, et permettre de les tester ceux-ci de façon saine et sûre sur des variétés cellulaires beaucoup plus nombreuses.
Applications thérapeutiques Caractéristiques des cellules souches et Potentiel thérapeutique des cellules épithéliales amniotiques
Plusieurs types de cellules souches peuvent être isolés du placenta humain. Les progrès récents de la biologie des cellules souches ont révélé que les cellules épithéliales amniotiques humaines (hAEC) sont l’une des cellules souches périnatales qui possèdent une capacité de différenciation semblable à celle des cellules souches embryonnaires et des propriétés immunomodulatrices de type cellules souches adultes. Contrairement à d’autres types de cellules souches placentaires, les CSAh sont dérivées d’épiblastes pluripotents et maintiennent un potentiel de différenciation multilignée tout au long de la gestation. Semblables aux cellules souches mésenchymateuses, les hAEC sont également capables de moduler la réponse immunitaire locale. Celles-ci, et d’autres, rendent les hAEC attrayants pour la thérapie cellulaire. Cet article de synthèse résume les connaissances actuelles sur les caractéristiques des cellules souches et les propriétés immunomodulatrices des cellules épithéliales amniotiques et vise à faire progresser notre compréhension vers l’objectif du développement de nouvelles thérapies.
Stratégies thérapeutiques à base de cellules souches pour la tendinopathie de la coiffe des rotateurs La tendinopathie de la coiffe des rotateurs est un trouble musculo-squelettique courant qui impose un fardeau important pour la santé et l’économie. La thérapie par cellules souches a apporté l’espoir d’une guérison tendineuse chez les patients atteints d’une tendinopathie de la coiffe des rotateurs en phase terminale. Quelques Essais cliniques ont confirmé l’efficacité de la thérapie par cellules souches pour la tendinopathie de la coiffe des rotateurs, mais son application n’a pas été promue et approuvée. Il y a encore de nombreuses questions qui doivent être résolues avant d’utiliser la thérapie par cellules souches dans des applications cliniques. La source et la dose optimales de cellules souches pour la tendinopathie de la coiffe des rotateurs doivent être déterminées. Nous avons également proposé de nouvelles approches prospectives qui permettent de surmonter l’hétérogénéité des populations cellulaires et de standardiser les types de patients pour les applications de cellules souches.
Applications en thérapie cellulaire Greffe de moelle osseuse