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LES DÉFIS DES CELLULES SOUCHES
De la greffe à la thérapie cellulaire
les défis des cellules souches - par Dominique Thierry, Alain Chapel, Jean-Marc Bertho dans mensuel n°352 daté avril 2002 à la page 32 (2052 mots) | Gratuit
Les « cellules souches », outil thérapeutique du futur ? C'est oublier que certaines d'entre elles, en particulier les cellules souches de la moelle osseuse, sont déjà mises à profit depuis plusieurs dizaines d'années. De la théorie à la pratique, retour sur un parcours parsemé de surprises et riche d'enseignements.
En 1958, cinq physiciens yougoslaves furent très lourdement irradiés en travaillant près d'un réacteur nucléaire. On connaissait les conséquences d'un tel accident : une chute vertigineuse de toutes les cellules sanguines, la disparition des défenses de l'organisme ouvrant la voie aux infections, des saignements liés à la baisse des plaquettes pouvant entraîner la mort de la victime. Après transfert des patients en France eut lieu l'une des premières greffes mondiales de moelle osseuse. Ce fut le personnel du service qui servit de donneur. Quatre des patients survécurent, « en dépit du traitement », comme le disait en privé l'un des auteurs de ces tentatives héroïques et compassionnelles. Des tentatives certes téméraires, mais pas infondées : dès la fin du XIXe siècle, la moelle osseuse avait été identifiée comme le siège de la génération continue des cellules du sang1. Elle en produit en effet 200 à 400 milliards par jour, grâce à des cellules capables d'évoluer en globules rouges, globules blancs et plaquettes, et capables, également, de s'autorenouveler. Ces cellules, ce sont les cellules souches hématopoïétiques fig. 1.
Qu'on les utilise pour traiter des patients irradiésI, leucémiques ou souffrant d'une autre pathologie des cellules sanguines ou immunitaires, l'impératif technique est le même : ces cellules salvatrices, il faut les greffer. Or, qui dit greffe, dit risque de rejet, risque toujours d'actualité malgré les progrès réalisés depuis l'identification des molécules de compatibilité cellulaire, les groupes HLA, par Jean Dausset prix Nobel en 1980. Les registres de donneurs volontaires de groupe HLA connu, établis pour faire bénéficier les patients de donneurs de bonne compatibilité, ne permettent pas de répondre à tous les besoins, malgré plus de quatre millions de noms répertoriés à l'heure actuelle. Et, même si de nouveaux immunosuppresseurs sont en cours d'essai - thalidomide ou tacrolimus par exemple -, ils n'offrent pas des résultats totalement probants par rapport à la ciclosporine. Parallèlement, les problèmes de compatibilité peuvent aussi entraîner ce que l'on appelle la maladie du greffon contre l'hôte « graft versus host disease » : les lymphocytes T présents dans le greffon attaquent l'organisme du patient selon un mode aigu ou chronique. S'ajoute à ce problème celui de l'aplasie médullaire* induite par la radiothérapie ou la chimiothérapie, aplasie qui résulte de la destruction de la moelle normale en même temps que des cellules malades, et qui favorise infections et hémorragies.
Comment s'affranchir des problèmes de compatibilité cellulaire ? L'autogreffe semble, de prime abord, la solution la plus logique. Ce concept a pris corps en 1976, via les travaux de R. Graw à Bethesda Etats-Unis et de G. Duhamel à Paris : la moelle du patient est prélevée et congelée, puis lui est réinjectée après qu'il a été traité par chimiothérapie ou radiothérapie. Mais l'échantillon cellulaire, provenant des patients eux-mêmes, contient lui aussi des cellules malades susceptibles d'entraîner des rechutes. D'où un problème majeur, celui de la pureté des populations de cellules greffées.
Sources de cellules. En 1984, on réussissait à prélever les cellules souches nécessaires à la greffe non pas dans la moelle, mais dans le sang, par cytaphérèse2. Hélas, contrairement à ce que l'on espérait, ces greffons étaient eux aussi contaminés en cellules tumorales, comme les greffons médullaires. Les cellules souches du sang périphérique sont toutefois devenues en quelques années la principale source des greffons d'autogreffe environ 85 %. Car, outre qu'il n'est pas nécessaire d'anesthésier le patient pour récupérer ces cellules facilement accessibles, leur utilisation présente un avantage clinique immédiat : une prise de greffe plus rapide, avec aplasie plus courte, moins d'infection, un temps d'hospitalisation réduit et un coût moindre. Et une troisième voie se dessine, celle des cellules souches du sang de cordon ombilical. En effet, les cellules immunocompétentes, futures cellules T, sont plus immatures dans le sang de cordon que dans le sang ou la moelle adulte. Elles sont donc moins susceptibles d'entraîner une réaction du greffon contre l'hôte. En 1988, la première greffe de cellules de sang de cordon permettait de traiter un enfant atteint d'anémie de Fanconi*3. Ce succès de l'équipe du professeur Eliane Gluckman hôpital Saint-Louis, Paris et de Hal Broxmeyer Indianapolis a permis de relancer les études sur l'allogreffe, et l'on estime qu'une banque de 100 000 sangs de cordon cryopréservés aurait la même utilité que l'ensemble des registres actuels de donneurs de moelle potentiels voir l'encadré « Cellules pour soi, cellules pour tous ? ». Mais, pour l'instant, cette approche est encore limitée par la petite taille des greffons : bien que riches en cellules souches, ces derniers peuvent difficilement être greffés à des receveurs de forte taille, même si quelques résultats positifs ont été rapportés4,5.
Degré de pureté. Comment obtenir une population « pure » de cellules souches ? Plusieurs techniques ont été développées. Technique de purge négative d'un côté : le greffon est débarrassé des cellules néfastes - cellules tumorales dans le cas des autogreffes, lymphocytes T dans le cas des allogreffes. Technique de purge positive de l'autre, par sélection des cellules souches hématopoïétiques saines grâce à des molécules spécifiques présentes à leur surface. Ces molécules sont ce que l'on appelle des « marqueurs ». Le plus étudié d'entre eux ? L'antigène CD34, dont l'identification a constitué une percée importante du point de vue de la biologie cellulaire : grâce à lui, il est devenu possible d'estimer la richesse du sang ou de la moelle en cellules immatures intéressantes à greffer cellules CD34+. Mais les tentatives d'utilisation de petits greffons riches en ce type cellulaire se sont soldées par des complications inattendues : retards de prise de greffe, infections. Dans ce contexte morose, le concept selon lequel la population de cellules CD34+ comprendrait toutes les cellules souches hématopoïétiques est même remis en question ! Plusieurs équipes importantes estiment en effet qu'une certaine fraction de cellules dépourvues de l'antigène CD34 présente les caractéristiques de cellules souches6. A l'heure actuelle, le débat est loin d'être clos...
Indépendamment de cette controverse, il est en tout cas certain que la sélection des cellules souches, qu'elle soit négative ou positive, ne constitue pas une arme absolue. Car, si elle permet, par exemple, de réaliser des allogreffes dans des conditions de compatibilité HLA imparfaite, la sélection élimine, en cours de route, des cellules responsables d'une réaction inattendue, et cette fois bénéfique, du greffon envers l'hôte. Cette réaction, c'est la « graft versus leukemia » GVL, au cours de laquelle des cellules du greffon reconnaissent spécifiquement les cellules leucémiques résiduelles du patient et les éliminent. Le concept selon lequel un greffon de cellules souches devrait être le plus pur possible se heurte, en l'occurrence, à une fascinante réalité clinique que l'on tente à présent de mettre à profit de façon plus contrôlée. Idéalement, il faudrait pouvoir créer une moelle chimérique, de type donneur en ce qui concerne la GVL et de type receveur pour toutes les autres fonctions de la moelle. Dans la pratique, on tente pour les leucémies de mettre au point une technique de minigreffe : en réduisant le niveau de chimiothérapie supporté par le patient, on permet aux cellules lymphoïdes - responsables notamment de l'immunité antitumorale - de s'implanter, tout en préservant le compartiment myéloïde chargé de la fabrication des autres cellules sanguines7. Ces greffes mises en oeuvre en hôpital de jour depuis moins de cinq ans sont prometteuses, bien que le recul soit très insuffisant pour estimer leur valeur réelle.
Hormis la compatibilité, un second critère se révèle capital à la réussite thérapeutique de l'utilisation des cellules souches : leur quantité. Le problème se pose, qu'il s'agisse d'allogreffe ou d'autogreffe, de moelle osseuse, de sang périphérique ou de sang de cordon. Lors des transplantations, la durée de l'aplasie est en effet fonction de la quantité de cellules, et notamment de cellules CD34+, qui sont infusées. On estime qu'il faut en délivrer environ un million par kilogramme de poids corporel pour que la greffe prenne dans des délais raisonnables. Si l'on considère le sang périphérique, les cellules souches y circulent, à l'origine, en quantité trop faible pour permettre une telle greffe : elles ne représentent qu'environ 0,1 % des cellules sanguines.
Nouvelles approches. C'est seulement lorsqu'on a su les faire sortir de la moelle afin de pouvoir les recueillir dans le sang que l'on a pu les utiliser fig. 2. En plus de ces cellules très immatures qui assurent la prise de la greffe à long terme, sont également récupérés des progéniteurs déjà engagés dans une voie de différenciation précise. Incapables de s'implanter à long terme, ils sont toutefois précieux car ils permettent une sortie d'aplasie plus rapide. En aval, une seconde approche est actuellement en plein développement : c'est l'expansion ex vivo, qui tend à amplifier en culture le pool de cellules souches hématopoïétiques et de progéniteurs, en présence de facteurs de croissance utilisés à des doses bien plus élevées qu'il ne serait envisageable in vivo du fait de leurs effets secondaires voir l'encadré : « Recherche cytokines désespérément ». On espère, par ce biais, activer la reprise de l'hématopoïèse via les cellules immatures et limiter les risques liés à l'aplasie via les cellules différenciées in vitro. Résultat encourageant : lors du traitement d'un premier groupe de patients en autogreffe, la période d'aplasie a été très réduite, voire totalement annihilée8. Par ailleurs, il est envisagé d'appliquer l'expansion ex vivo aux cellules souches de sang de cordon, pour pouvoir traiter facilement un adulte. Enfin, cette technique pourrait être mise à profit dans la manipulation génique ex vivo de cellules hématopoïétiques immatures. Dans ce domaine, on ne manquera d'ailleurs pas de rappeler la récente réussite du traitement par autogreffe et thérapie génique d'enfants bulles à l'hôpital Necker9II. Un succès qui relance un champ de recherche où s'accumulaient au fil des ans des résultats très décevants...
Enfin, les scientifiques travaillent à renforcer l'effet des cellules souches hématopoïétiques en favorisant leur insertion dans le tissu de soutien complexe qui constitue leur micro-environnement. L'hématopoïèse est en effet liée à la présence, dans la moelle, de cellules souches dites mésenchymateuses. Des cellules qui possèdent de nombreuses propriétés intéressantes du point de vue thérapeutique : elles produisent de nombreux facteurs de croissance hématopoïétiques et un facteur qui permet aux cellules hématopoïétiques de s'établir dans la moelle ; elles sont très peu immunogènes et ont même tendance à inhiber les réactions immunes ; elles sont douées de propriétés plastiques qui leur permettent de se différencier en de nombreux types cellulaires10,11. Bien qu'elles soient peu nombreuses dans la moelle, la possibilité de les multiplier in vitro a permis de les utiliser au cours d'autogreffes, en combinaison avec les cellules souches hématopoïétiques. Les patients du groupe traité selon ce protocole sont sortis d'aplasie plus vite que le groupe témoin12. Des résultats similaires ont été observés en allogreffe, avec en plus une notable réduction de l'incidence des réactions du greffon contre l'hôte. Et la réelle prise de greffe de ces cellules mésenchymateuses vient d'être tout récemment démontrée chez une patiente atteinte d'aplasie sévère, par l'équipe du professeur Norbert Gorin associée à l'IPSN13. Ces réussites ouvrent la voie à la possibilité de combiner restauration hématopoïétique et réparation d'atteintes multi-organes comme on en rencontre fréquemment dans les accidents d'irradiations ou dans de nombreuses pathologies génétiques. Dans ce domaine, l'hématologie rejoint la thérapie cellulaire en général, la moelle étant à la fois cible thérapeutique et source de cellules pour les autres organes.
Toujours plus. La liste des applications des cellules souches de la moelle, en cours d'exploration ou simplement envisagées, ne cesse en fait de s'allonger, grâce aux progrès réalisés. Peu à peu, l'hématopoïèse est disséquée, les cellules immatures caractérisées par leurs antigènes spécifiques et les sous-populations définies de même. Les conditions de bonne pratique de laboratoire des cultures, permettant de produire un type cellulaire réinjectable particulier ou de manipuler son génome, sont établies. Après quarante années de travail, la connaissance des cellules souches hématopoïétiques ou mésenchymateuses les plus primitives est presque à la portée du chercheur - qui entrevoit maintenant la possibilité de différencier ces cellules en des types cellulaires complètement différents14 voir l'article d'Ali Turhan page 25. Le clinicien, lui, va devoir attendre encore un peu. Mais finalement, parce que la médecine a toujours accompagné la recherche en hématologie, il attendra certainement beaucoup moins que dans d'autres disciplines.
Par Dominique Thierry, Alain Chapel, Jean-Marc Bertho
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