Cellules souches

Chaque tissu et chaque organe du corps humain se composent de cellules distinctes. Les cellules de la peau, par exemple, sont différentes de celles du cœur. Il est donc impossible de transférer une cellule d'un tissu ou d'un organe à un autre.

Cependant, toutes les cellules ont une chose en commun : elles proviennent toutes d'une source cellulaire unique. Au début du développement de l'organisme, ces cellules peuvent devenir n'importe quel type de tissu ou d'organe, c'est-à-dire qu'elles ne sont pas encore spécialisées. Ces cellules d'origine s'appellent cellules souches.

Les cellules souches ont deux caractéristiques importantes qui les différencient des autres types de cellules. Tout d'abord, comme nous l'avons indiqué précédemment, toutes les cellules souches ne sont pas spécialisées et se renouvellent pendant de longues périodes par division cellulaire. Ensuite, lorsqu'elles reçoivent des signaux biochimiques, elles peuvent se différencier (voir plus loin). Cela signifie qu'elles peuvent se diviser et devenir des cellules qui ont des fonctions spéciales, comme les cellules respiratoires des muscles cardiaques, ou les cellules du pancréas qui produisent de l'insuline.

Types de cellules souches

Les cellules souches ont trois formes : les cellules souches embryonnaires, les cellules germinales embryonnaires et les cellules souches adultes. Les cellules souches embryonnaires proviennent des embryons, les cellules germinales embryonnaires proviennent des testicules et les cellules souches adultes proviennent de la mœlle osseuse. Les scientifiques travaillent principalement avec les cellules souches embryonnaires et les cellules souches adultes.

Les cellules souches embryonnaires se trouvent au début de la vie humaine, au stade de blastocyste du développement humain. Ce stade dure de quatre à cinq jours après l'union du sperme et de l'œuf, avant l'implantation de l'embryon dans l'utérus. Les quelques 20 cellules souches présentes dans le blastocyste sont dites pluripotentes, ce qui signifie qu'elles peuvent former tous les tissus embryonnaires mais elles ne peuvent pas former d'organisme complet sans le soutien du placenta.

Les cellules souches embryonnaires proviennent des embryons, des fœtus et certaines peuvent provenir du sang du cordon ombilical après la naissance.

Différenciation

La différenciation est le processus selon lequel les cellules souches peuvent devenir un type particulier de cellules. La différenciation s'amorce lorsque les cellules souches sont exposées à certains signaux biochimiques, soit physiologiques, soit expérimentaux. Les signaux biochimiques envoyés dans différentes parties de l'organisme incitent les cellules souches à se transformer en cellules du type spécifiquement requis à cet endroit.

Toutes les cellules souches ont la capacité de se différencier mais à différents degrés.

• Les cellules souches totipotentes peuvent devenir toute cellule du corps humain.
• Les cellules souches pluripotentes peuvent devenir presque n'importe quelle cellule du corps humain mais sont incapables de devenir des cellules placentaires nécessaires au développement du fœtus dans l'utérus humain.
• Les cellules souches multipotentes ne peuvent devenir qu'un certain type de cellules, par exemples des cellules sanguines.

Les cellules souches adultes se trouvent dans le fœtus, chez l'enfant et chez l'adulte. Ces cellules «adultes» existent dans un grand nombre de tissus humain, comme le sang, le cerveau, les intestins, la peau et les muscles. Elles sont responsables de la réparation et de la régénération dans l'organisme.

On a longtemps pensé que les cellules souches adultes offraient moins de souplesse que les cellules souches embryonnaires et qu'elles ne pouvaient former qu'un seul type de cellules identiques au tissu d'origine. Toutefois, les récentes découvertes pointent vers de nouvelles sources de cellules souches dans le corps adulte. La recherche sur les cellules souches adultes permet d'éliminer les préoccupations relatives aux expériences réalisées sur les cellules souches embryonnaires. L'utilisation des cellules souches adultes permettrait également de réduire la possibilité de rejet lors de transplantation parce que le patient pourrait recevoir une transplantation de ses propres cellules souches.

La possibilité que les cellules souches adultes aient également une plus grande «plasticité» qu'on ne le croyait auparavant a donné lieu à de nouvelles expériences. Par exemple, les scientifiques croient maintenant que certains types de cellules souches adultes peuvent évoluer et devenir des cellules d'un autre tissu (par exemple, on a constaté que les cellules souches pouvaient se différencier et devenir des cellules du foie si les conditions sont propices). Toutefois, on n'a pu démontrer de façon définitive que les cellules souches adultes pouvaient être complètement pluripotentes.

Certains scientifiques appellent maintenant les cellules souches adultes «les cellules souches somatiques». Contrairement aux cellules souches embryonnaires, qui sont définies par leurs origines (la masse intérieure des cellules du blastocyste), on ignore l'origine des cellules souches adultes dans les tissus matures.

Certaines recherches en cours

La recherche sur les cellules souches adultes a soulevé beaucoup d'enthousiasme. Comme on a trouvé des cellules souches adultes dans un plus grand nombre de tissus qu'on ne l'avait cru possible au départ, les scientifiques se sont demandé si ces cellules pouvaient servir à la transplantation. Si la différenciation des cellules souches adultes peut être contrôlée en laboratoire, ces cellules peuvent devenir la base des thérapies pour un grand nombre de maladies graves fréquentes.

Certaines maladies ont déjà été ciblées. Par exemple les cellules souches sanguines adultes ont été utilisées afin de traiter des cancers hématologiques (sang). Depuis plus de 30 ans, on utilise des cellules souches sanguiformatrices adultes provenant de la mœlle osseuse pour les transplantations. Les cellules souches du donneur correspondant sont purifiées et la mœlle osseuse du receveur est détruite par radiation et reconstituée avec le greffon de cellules souches.

Plusieurs groupes ont travaillé sur des animaux et ont greffé des cellules souches pluripotentes sur le cœur endommagé. Ils ont démontré que les cellules souches «battaient» avec les cellules avoisinantes du cœur. En outre, plusieurs essais sont en cours chez les animaux et d'autres en sont aux premières étapes chez l'humain et visent à utiliser les cellules souches adultes pluripotentes afin de réparer les dommages causés au système nerveux, comme les blessures de la mœlle épinière, la maladie de Parkinson et la maladie d'Alzheimer.

Même si l'on peut cultiver en laboratoire un grand nombre de cellules souches embryonnaires, les cellules souches adultes sont rares dans les tissus matures, et on n'a pas encore mis au point de méthode visant à augmenter le nombre de cellules. Il y a beaucoup de recherches en cours dans ce domaine, car il faut un nombre important de cellules pour les traitements de substitution par des cellules souches.

Applications éventuelles des cellules souches humaines

Un des objectifs des scientifiques est d'arriver à contrôler la différenciation cellulaire. Ils pourraient alors créer n'importe quel organe ou tissu du corps à partir d'une seule cellule souche. Cette recherche fait appel à bon nombre d'applications de la biotechnologie, y compris l'étude de la génétique des cellules souches, des facteurs biologiques (protéines naturelles dont le corps a besoin afin de fonctionner normalement), des récepteurs de la cellule souche et de la physiologie des cellules souches. Les chercheurs tentent actuellement d'inciter les cellules souches adultes, notamment celles de la peau, à se transformer en d'autres types de tissus, comme des tissus nerveux ou musculaires. Parmi toutes les cellules souches adultes repérées jusqu'à maintenant, les cellules souches hématopoïétiques (cellule souche à partir de laquelle se créent les globules blancs et rouges) ont été les plus étudiées.

Les scientifiques utilisent la modification génétique afin de multiplier les applications thérapeutiques des cellules souches. Les cellules souches peuvent être modifiées afin de produire des enzymes ou des facteurs tels que l'insuline avant d'être transplantées dans le corps. Les cellules souches peuvent également être modifiées afin de résister à certaines infections. Par exemple, on étudie actuellement la possibilité de créer des cellules souches résistantes au VIH. Une fois implantées, ces cellules souches reconstitueraient le système immunitaire défectueux des personnes atteintes du sida au moyen de cellules résistantes à la maladie.

Toutefois, les cellules souches sont surtout employées afin de remplacer les cellules endommagées, malades ou mortes. Une cellule souche implantée a la capacité de se différencier afin de devenir le type de cellule recherché et de former des connexions naturelles avec le tissu environnant, ce qui est très important dans le cas de maladies neurodégénératives, comme la maladie de Parkinson ou d'Alzheimer.

Les cellules souches peuvent également être utiles dans les applications de génie tissulaire, comme la production d'organes complets, y compris du cœur, du foie, des reins, des yeux ou même des parties du cerveau.

Les cellules souches constituent une source éventuellement illimitée de tissus expérimentaux, ce qui permettrait la recherche dans d'autres domaines. Par exemple, les chercheurs pourraient faire l'essai de cellules souches cultivées en laboratoire afin de traiter les effets des dangers environnementaux connus et des mutations génétiques sur les tissus humains pertinents. Cela fournirait des informations plus applicables que celles obtenues chez des modèles animaux.