Thérapie cellulaire: Dispositif médical ou médicament

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1 Thérapie cellulaire: Dispositif médical ou médicament Jean-François Brunet Centre de Production cellulaire du Chuv Concept simple: Produire des cellules ou des tissus in vitro pour remplacer des cellules déficientes. Bio-ingéniérie 1

2 1- Définitions : Cellules totipotentes Capable de donner un organisme entier. Cellules pluripotentes Capable de donner tous les types tissulaires. Cellules multipotentes Spécialisées dans un genre tissulaire. Cellules unipotentes Spécialisées dans un seul type de cellules Cellules spécialisées Cellules différenciées et matures Définitions : Ectoderme Peau système nerveux Neuroblaste Myoblaste neurones Cellule musculaire Mésoderme Squelette muscle sang Reins etc Cellule hématopoïétique Ostéoblaste Cellule sanguine Cellule osseuse Endoderme Appareil digestif Appareil respiratoire entoblaste Cellule pancréatique 2

3 2- Origine des cellules souches Blastula Les cellules souches embryonnaires sont totipotentes Les cellules foetales sont pluripotentes Cellules souches dans les tissus adultes sont le plus souvent unipotentes Cellules souches de la peau 3

4 Cellules souches stromales de la moelle osseuse hématopoïèse Cellules souches intestinales 4

5 Cellules souches du système nerveux central Zone Sous- Ventriculaire/ Bulbe Olfactif Zone sous-granulaire de l hippocampe Abrous et al., Physiol Rev, 85: , April Cellules souches: Outil thérapeutique Deux possibilités: -Protection - Régénération Deux stratégies: - Stimuler la génèse endogène - Apporter de nouvelles cellules 5

6 3- En clinique Les cellules de sang du cordon ombilical Sang de cordon : Avril 1971: 1ère greffe mondiale Depuis près de patients à travers le monde 85 indications thérapeutiques (cancers du sang, thalassémies, drépanocytoses, maladies auto-immunes et maladies rares). A l'avenir: les maladies cardio-vasculaires, les maladies neuro-dégénératives, l'ostéoporose, d autres cancers, des myopathies, des hépatites ou le diabète". Les cellules souches adultes : MSC mesenchymal stem cell ou multipotent stromal cell Les cellules mésenchymateuses de la moëlle osseuse pour des greffes autologues déjà utilisée par des cliniques privées au USA et en Allemagne essais cliniques en cardiologie (Londres) 6

7 Greffe de peau : ulcères, brûlures 1- Prélèvement de peau dans une zone saine 2- isolement et production des cellules souches de la peau 3- Ré-implantation d une couche de peau Et demain. 4- La recherche 7

8 La recherche en matière de transplantation se concentre actuellement sur les domaines suivants : - Rejet et tolérance -Cellules souches : Choix des cellules - Ingénierie tissulaire (génie tissulaire) - Organes artificiels et bioartificiels - Xénotransplantation - Transplantations expérimentales : méthodes du génie génétique, de transplantations de membres et de visages, ainsi que de transplantations cellulaires innovantes. Sources de cellules Les cellules souches embryonnaires : totipotentes Les cellules foetales provenant de différents tissus : pluripotentes spécialisées. 8

9 Cell Bank Preparation and Stockage Absence of biopsy for the patient Rapid cell growth Quality control simplified 1 Organ Donation (fetal skin 1-2 cm 2 ) Cell Culture Cell Expansion and Cell Bank Creation Cryopreservation Stockage 165 C (300 Vials, MCB + WCB) Tissue Engineering and Patient Treatment Simple preparation and application No staples, glue or sutures necessary 72 hours Cells from WCB Construct Engineering Courtesy of Dr. Lee Ann Laurent-Applegate-CHUV First Cover Burn Patients Construct molds over wounds Les cellules pluripotentes induites. ips Cells Gènes de pluripotence : - Oct-3/4, SOX2, c-myc, and Klf4 - OCT4, SOX2, NANOG and LIN28 Transfection de gènes par rétrovirus Sélection des cellules transfectées Mise en culture de cellules du donneur (Fibroblaste adulte) Sélection des ES-like Cells (embryonic stem-like cells) 9

10 Cellules transgénique encapsulées Production de facteurs de croissance: GDNF, BDNF Transfection de gènes par rétrovirus Sélection des cellules productrices de facteurs Lignée cellulaire Encapsulation dans une membrane semi-perméable Le clonage humain production d une cellule à partir du noyau d une cellule adulte cellules ayant le même patrimoine génétique que le patient 10

11 Autotransplantation Re-implantation 4. Ré-implantation Transfection with GFP 3. Marquage des cellules Intercalant membranaire fluorescent PKH67 PKH26 In vitro brain cells 2. culture culture en suspension FNR 3100AO J. Bloch, MD et J-F Brunet, PhD 1. biopsie Cortical Corticale biopsy Brunet et al, Lab invest Brunet et al, Cryobiology, 2003 Cellules cérébrales adultes in vitro (même résultats à partir d une biopsie corticale chez l homme ou le singe) 1 cm GFAP Vim Des astrocytes entourant des cellules progénitrices neurales GFAP Vim DCX GFAP 11

12 90 jours post ré-implantation Pas de détection des cellules PKH67 (injectées en controlatérale) Les cellules PKH26 migrent jusqu à occuper toute la zone lésée Implantation Acide iboténique Les cellules PKH26 expriment le marqueur neuronal MAP2 1 A B 8 mm 1 2 C A : PHK26 MAP2 B : PKH 26 C : MAP 2 Brunet et al, Exp Neurol, 2005 Singe non traité Singe ré-implanté Présence des cellules ré-implantées dans les structures corticales lésées et leur différenciation en neurones 12

13 Singes controles (n=3) Singes ré-implantés (n=2) Récupération améliorée chez les singes ré-implantés Kaeser M et al, in preparation MPTP treatment in Chlorocebus aethiops Low dose MPTP (asymptomatic parkinsonian model) High dose MPTP (symptomatic parkinsonian model) 1. Cortical biopsy Day 0 (prefrontal right lobe) Day 40 4 individuals 7 individuals Day mg/kg/12h i.m Total dose 1.2mg/kg Cell culture 2. MPTP treatment Day 0 1.2mg/kg/12h i.m Total dose 3.6mg/kg JF Brunet, DE Redmond, J Bloch, 2009 in press, Cell transplantation 13

14 MPTP LD results Ct N Ct MPTP Reimplanted Normal MPTP MPTP reimplanted Rostral section Caudal section TH Intensity in HCd Ct N (n=2) *** *** * Ct MPTP (n=2) ** Right HCd Left HCd Reimplanted (n=4) JF Brunet, DE Redmond, J Bloch2009 in press, Cell transplantation TH positive neurones Ct N (n=2) p< 0.05 p< 0.05 p< 0.01 Ct MPTP (n=2) Reimplanted (n=4) Right SN Left SN Y Y Y172 PK score NS PK score P< PK score P<0.02 P< P< P< MPTP B Re. Necropsy MPTP B Re. Necropsy MPTP B Re. Necropsy PK score Y222 NS (+) worse P< PK score P< Y181 P<0.001 PK score P< Y234 P< P< MPTP B Re. Necropsy MPTP B Re. Necropsy MPTP B Re. Necropsy PK score Y249 Worse P<0.008 MPTP: MPTP treatment B: biopsy of prefrontal cortical cortex Re.: re-implantation Necropsy Four monkeys present a significant decrease of their Parkinsonian score 0-25 P< MPTP B Re. Necropsy Three others present no change or increase of their Parkinsonian score 14

15 RS Loi fédérale sur les médicaments et les dispositifs médicaux Médicaments : les produits d origine chimique ou biologique destinés à agir médicalement sur l organisme humain ou animal, ou présentés comme tels, et servant notamment à diagnostiquer, à prévenir ou à traiter des maladies, des blessures et des handicaps; le sang et les produits sanguins sont considérés comme des médicaments Dispositifs médicaux : les produits, y compris les instruments, les appareils, les diagnostics in vitro, les logiciels et autres objets ou substances destinés à un usage médical, ou présentés comme tels, dont l action principale n est pas obtenue par un médicament La thérapie cellulaire est aussi concernée par RS Loi fédérale sur les transplantations RS Ordonnance sur la transplantation d organes, de tissus et de cellules d origine humaine Ordonnance sur la transplantation d organes, de tissus et de cellules d origine animale (Ordonnance sur la xénotransplantation) RS Loi fédérale relative à la recherche sur les cellules souches embryonnaires (Loi relative à la recherche sur les cellules souches, LRCS) Intranet du chuv: 15

16 Thérapie cellulaire Autologues: Préparation de cellules pour un patient. Procédé standardisé Transplant standard Hétérologues (par exemple cellules fœtales) Préparation à partir d une banque cellulaire de pour plusieurs patients Xénotransplantations (autres espèces: porc) Thérapie cellulaire Une des questions principales toujours en discussion: Quel en est le principe actif? Les cellules encapsulées sécrétant une molécule active. Les cellules transgèniques modifiées par thérapie génique in vitro Et les autres types de thérapie cellulaires? 16

17 En conclusion: Thérapie cellulaire: Dispositif médical ou médicament? Tout dépend de l origine, du mode de prépration et du rôle des cellules. 17