Thérapie cellulaire (résumé 16 et 23 juin 2015)

La thérapie cellulaire moderne existe depuis 100 ans avec la transfusion sanguine puis le développement au cours des 50 dernières années de l’allogreffe de cellules-souches hématopoïétiques (CSH), des autogreffes de peau, de cartilage et l’immunothérapie anti infectieuse ou anti tumorale (lymphocytes T et NK).

De nouvelles avancées liées au progrès des connaissances sur les cellules-souches sont aujourd’hui envisageables – ces cellules dotées d’une capacité d’auto renouvellement par division asymétrique. Ces cellules sont en fait présentes dans beaucoup de tissus mais en nombre très varié (de la moelle osseuse, l’intestin et la peau – tissu à renouvellement rapide et continu – au cerveau). Un concept nouveau est le fait que dans des conditions d’agression, certaines cellules – au moins épithéliales – sont capables de se dédifférencier, c’est-à-dire de réacquérir des propriétés de cellules-souches ou de se transdifférencier, c’est-à-dire de donner naissance à une cellule d’une autre lignée. Ces deux processus sont particulièrement impliqués dans la réparation (régénération) des tissus épithéliaux lésés (par traumatisme, infection, etc.) : c’est le cas des épithélia respiratoires (trachée…), digestif (estomac, intestin), hépatique (voies biliaires), du pancréas et du rein. La compréhension et la maîtrise de ces processus sont susceptibles d’ouvrir de nouvelles voies de médecine régénérative qui seront évoquées plus loin. La seconde avancée concerne la caractérisation, la manipulation et la création de cellules-souches pluripotentes capables de donner naissance aux cellules des 3 feuillets embryonnaires : ectoderme, mésoderme et endoderme. Depuis 1981, il est possible de cultiver (indéfiniment) les cellules-souches embryonnaires de souris dérivées de la masse interne de blastocyste. En 1998, J. Thomson a caractérisé les cellules équivalentes chez l’homme. Ces cellules-souches embryonnaires (ES) représentent une source potentielle pour la thérapie cellulaire régénérative puisqu’elles peuvent donner naissance dans des conditions précises à des cellules de (presque) tous les tissus. Les limites pratiques concernent : i) l’immunogénicité de cellules ES provenant d’un individu différent, ii) le risque de tumeur si ils persistent des cellules ES et iii) la maitrise du procédé de différenciation in vitro dans le tissu désiré. Deux modalités successives de création de cellules ES ont été inventées : la première par transfert du noyau d’une cellule mature dans le cytoplasme énucléé d’un ovocyte fécondé. L’environnement cellulaire peut permettre une reprogrammation du génome de la cellule mature en cellule ES. La seconde encore plus spectaculaire consiste en la reprogrammation d’une cellule mature (fibroblaste, etc.) en cellule ES par introduction de facteurs de transcription au nombre de 4 qui à eux seuls induisent cette reprogrammation. Il s’agit du résultat remarquable du travail de S. Yamanaka. De telles cellules dénommées iPS (pour cellules-souches induites pluripotentes) ont un grand intérêt : elles constituent de formidables modèles d’étude de la différenciation tissulaire normale et pathologique, ce sont également des modèles pour tester de nouveaux médicaments (modèle pharmacologique) ; peut-on envisager leur utilisation thérapeutique ? Leur avantage par rapport aux cellules ES est que les iPS peuvent être dérivées du patient lui-même, ce qui évite le risque de rejet de greffe et que leur production n’implique pas de recours au don d’ovocytes. Par contre, leur emploi partage avec les cellules ES le risque d’induction de cancer et la nécessaire maitrise des procédures de différenciation (cf. supra). Il faut de plus s’assurer du caractère « fidèle » de la reprogrammation du génome en cellules-souches pluripotentes et considérer les risques inhérents à la présence des 4 facteurs de reprogrammation (bien qu’il soit possible de rendre leur présence transitoire). Ces questions n’ont à ce jour pas reçu de réponses suffisamment solides pour envisager à court terme une application thérapeutique.

Néanmoins, des travaux expérimentaux visant à utiliser ces cellules en médecine régénérative sont en cours. Ils concernent la génération de cellules productrices d’insuline (traitement du diabète), de cellules hépatiques (traitement de maladies héréditaires du métabolisme et de certaines cirrhoses), de neurones (traitement de maladies neuro dégénératives comme la maladie de Parkinson), de cellules de la rétine (traitement de dégénérescences héréditaire ou acquise de la rétine), ou encore de cellules musculaire, cardiaque ou cutanée. Le potentiel est large ! Des résultats encourageants ont été obtenus concernant i) la génération ex vivo des cellules d’intérêt – mais les procédés sont longs (plusieurs semaines) et complexes, ii) la démonstration dans des modèles animaux de l’absence de toxicité à court terme et d’une efficacité, dont la durée et la qualité cependant, restent à préciser. Par exemple, peut-on envisager que des greffes de cellules-souches neuronales donnent naissance à des neurones qui établiraient les connexions nerveuses adéquates ? La question de la qualité de l’environnement cellulaire au sein duquel les cellules sont greffées est sans doute essentielle.

De même, les techniques de différenciation et de transdifférenciation mentionnées plus haut sont également éprouvées à l’échelle expérimentale. Les questions posées concernent la source optimale de cellules, l’identification de la meilleure stratégie de conversion (quel(s) facteur(s) de reprogrammation), la caractérisation (« carte d’identité ») de la cellule reprogrammée, les contraintes imposées par le tissu hôte et la façon de promouvoir l’intégration fonctionnelle des cellules au sein du tissu lésé. Deux stratégies sont envisageables : conversion cellulaire in vitro en neurones, cellules musculaires cardiaques… puis injection, ou conversion in vivo par injection in situ du (des) facteur(s) de reprogrammation dans les cellules cibles selon une technique de thérapie génique. Les deux approches font l’objet d’évaluation expérimentale dont certaines ont montré une certaine efficacité (exemples de la génération de cellules du pancréas endocrine productrices d’insuline chez des souris diabétiques, ou conversion de cellules gliales en neurones chez des souris dont le cerveau a été lésé). Néanmoins, il reste beaucoup à faire pour rendre ces approches sûres, reproductibles et robustes.

L’ingénierie cellulaire et tissulaire est complexe aussi sur le plan technologique. Elle implique des systèmes de production cellulaire contrôlés : bioréacteurs en système clos, automatisation, standardisation des procédés pour lesquels les étapes à franchir sont aussi nombreuses.

Ces nouvelles thérapies cellulaires feront sans doute partie intégrante de la médecine du futur, les opportunités et stratégies sont multiples mais il faudra maîtriser tant sur les plans scientifiques que technologiques et économiques des processus complexes.