Alchimie cellulaire : Percées en matière de recherche sur les cellules souches au Canada

Transcription

1 Alchimie cellulaire : Percées en matière de recherche sur les cellules souches au Canada Susie Youn, Old Scona Academic Edmonton (Alberta) Les scientifiques canadiens sont depuis longtemps à l'avant-garde de la recherche sur les cellules souches. En 1963, les Canadiens James Till et Ernest McCulloch ont été les premiers à identifier les cellules souches, devenant ainsi les pères de ce qui est aujourd'hui l'un des domaines les plus dynamiques de la science moderne. En 2005, la revue Nature Immunology a publié une liste des 35 rapports de recherche les plus importants sur les cellules souches parus au cours de la dernière moitié du XX e siècle : les Canadiens en avaient écrit près de la moitié (Encyclopédie canadienne, 2005). Aujourd'hui, les scientifiques canadiens poursuivent cette tradition par la publication de recherches de pointe sur l'utilisation thérapeutique des cellules souches. Au cours de la dernière année, les chercheurs canadiens ont en effet fait des progrès considérables dans la recherche sur les cellules souches en devenant les premiers à créer des cellules souches pluripotentes induites à partir de cellules de chevaux et en trouvant un moyen de convertir directement les cellules de peau humaines en cellules sanguines progénitrices (Science Daily, 2011). Ces découvertes représentent des perspectives intéressantes pour la médecine moderne, par exemple des traitements contre l'arthrite chez l humain ou l approvisionnement illimité en cellules sanguines chez les patients cancéreux. Bref, en raison des nombreuses innovations réalisées dans le domaine des cellules souches par les scientifiques canadiens, il est difficile de nier que le génie des cellules souches constitue la principale innovation biotechnologique de l'année au Canada. La définition même de «cellule souche», soit une cellule non spécialisée qui possède la capacité de se différencier et de devenir un autre type de cellule dans l organisme, est une excellente métaphore pour ses innombrables applications possibles en médecine thérapeutique (Stem Cell Information, 2009). L'application la plus évidente des cellules souches, qui se divisent à plusieurs reprises au cours de leur vie et peuvent se différencier pour devenir presque n'importe quel type de cellule, semble être la régénération tissulaire. En effet, une grande partie de la recherche sur les cellules souches est consacrée à trouver des moyens de régénérer les cellules perdues ou endommagées dans l organisme, comme les gaines de myéline dégénérée dans la sclérose en plaques ou les greffes de moelle osseuse chez les patients atteints de leucémie. Toutefois, les scientifiques canadiens, qui ont été les principaux participants à la recherche sur les cellules souches, ont poussé celle-ci encore peu plus loin en révolutionnant le processus grâce auquel les cellules souches sont produites. Pendant des années, la recherche sur les cellules souches était un domaine très controversé parce qu'elle faisait souvent appel à des cellules souches embryonnaires. En 2006, cette recherche a fait un énorme bond en avant lorsqu'une équipe de scientifiques japonais a réussi à créer des cellules souches pluripotentes induites (CSPi) à partir de cellules somatiques (Stem Cell School, 2011). Ces cellules étaient perçues comme une percée majeure, étant donné qu elles possédaient toutes les propriétés des cellules souches sans soulever de questions éthiques liées à l'utilisation de cellules souches embryonnaires. Depuis, les scientifiques ont mis

2 Page 2 l'accent sur les moyens d'appliquer les propriétés remarquables des cellules souches à la médecine, recherche dont les scientifiques canadiens ont été les chefs de file. Les scientifiques canadiens ont réalisé une première mondiale en 2011 quand ils ont réussi à générer des cellules souches pluripotentes induites à partir de cellules de chevaux (Science Daily, 2011). Bien que l'idée d'utiliser des cellules souches de chevaux en médecine humaine puisse paraître assez bizarre, elle présente des perspectives passionnantes pour la médecine thérapeutique chez les humains. Comme les chevaux possèdent des systèmes musculaires et tendineux semblables à ceux des humains, les cellules CSPi issues de tissus équins pourraient contribuer à traiter des maladies musculaires et articulaires chroniques, comme l'arthrite, chez les humains (Science Daily, 2011). En outre, les chevaux sont peut-être mieux adaptés que les souris pour la mise à l épreuve des éventuels traitements fondés sur les cellules souches (Science Daily, 2011). Une équipe dirigée par le D r Andras Nagy du Mount Sinai Hospital et le D r Lawrence Smith de la Faculté des sciences vétérinaires de l'université de Montréal a accompli cet exploit en utilisant une méthode fondée sur les transposons, en combinaison avec un système inductible par la tétracycline, afin d'introduire des transgènes contenant les facteurs de reprogrammation Oct4, Sox2, Klf4 et c-myc dans des fibroblastes de chevaux ou des cellules de peau (Nagy et coll., 2011). Les transposons sont des séquences d'adn qui peuvent se déplacer ou se transposer au sein du génome d'une cellule, alors qu'un système inductible par la tétracycline est une méthode d activation ou de désactivation de la transcription des gènes fondée sur la présence de l'antibiotique appelé «tétracycline» (Encyclopædia Britannica, 2011). Les cellules finales comportaient un ensemble complet d'adn et de tératomes complexes facilement formés, ou tumeurs à cellules germinales, lesquelles présentaient les trois types de couches des cellules germinales primitives. Lorsque transplantées dans des souris immunodéprimées, ces cellules étaient capables de se différencier et de former différents types de cellules. Essentiellement, elles présentaient toutes les caractéristiques des cellules CSPi (Nagy et coll., 2011). Bien que les cellules CSPi représentent une découverte passionnante, leur utilisation soulève encore de nombreux problèmes. D abord, il faut énormément de temps pour les produire. Plus précisément, il leur faut des jours, voire des mois, pour arriver à maturité. Ensuite, les cellules CSPi sont associées à une propension plus élevée que les cellules souches embryonnaires (CSE) à former des tumeurs une fois transplantées dans l organisme. Une étude de 2010 publiée dans la revue Stem Cells a en effet révélé que les cellules CSPi sont beaucoup plus oncogènes que les CSE (Gutierrez-Aranda et coll., 2010). L utilisation des CSE, elle, diminue le risque de formation de tumeurs, mais soulève des questions éthiques complexes. En outre, les CSE ne produisent que des cellules de type fœtal, qui sont peu utiles dans le traitement des adultes. Par conséquent, les deux objectifs de la recherche sur les cellules souches ont été de trouver des moyens plus rapides et plus efficaces de produire des cellules CSPi en plus d éliminer les risques auxquels elles sont associées. Les chercheurs de la McMaster University ont réalisé une percée étonnante en 2010 quand ils ont créé des cellules sanguines progénitrices à partir de cellules de peau en contournant complètement l'étape de pluripotence intermédiaire (Science Daily, 2010). Les cellules progénitrices sont semblables aux cellules souches, car elles se différencient pour devenir différents types de cellules, mais elles sont plus engagées que les cellules souches (Children s

3 Page 3 Hospital Boston, 2011). L'équipe de la McMaster University a infecté des fibroblastes dermiques humains avec un virus dans lequel le gène Oct4 avait été introduit. Ce gène a activé des facteurs de transcription hématopoïétique, ou «producteurs de sang», dans les cellules. Grâce à un traitement cytokine spécifique, les chercheurs ont pu générer des cellules avec le marqueur pan-leucocytaire CD45. Essentiellement, il s'agit de cellules capables de donner naissance à tous les types de cellules sanguines, y compris des érythrocytes (globules rouges) et des thrombocytes (plaquettes), ainsi que des monocytes et des granulocytes, deux types de globules blancs (Szabo et coll., 2010). Bien qu un virus ait été utilisé pour introduire le gène Oct4, les cellules produites n ont jamais présenté de caractéristiques pluripotentes. L'expérience a réussi avec des cellules humaines prélevées tant chez des nouveaux-nés que chez des personnes âgées de soixante-cinq ans. Par conséquent, le processus semble être indépendant de l'âge. Enfin, lorsqu ils ont été introduits dans l organisme d une souris, les globules conçus n ont eu aucun effet indésirable et semblaient fonctionner normalement, laissant présager un avenir positif pour l utilisation de ces cellules chez l'humain (Science Daily, 2010). Les découvertes révolutionnaires faites à la McMaster University ont une incidence considérable sur la médecine et ont attiré l attention du monde entier. Cette méthode de conversion donne non seulement lieu à la création d une proportion beaucoup plus élevée de cellules de peau que les méthodes précédentes, mais en plus, elle est beaucoup plus rapide, puisqu elle donne des résultats en quelques heures plutôt qu en quelques jours ou quelques mois. Le fait que les patients puissent recevoir des produits sanguins sains et parfaitement adaptés créés à partir de leur propre peau élimine la nécessité de trouver des donneurs de sang ou de moelle osseuse compatibles, ce qui peut être difficile et fastidieux (The Guardian, 2010). Dans un proche avenir, il est possible que les patients atteints de cancer, d'anémie et d autres maladies du sang soient en mesure de recevoir des produits sanguins personnalisés et parfaitement sains. Les essais cliniques pourraient commencer dès 2012 (Science Daily, 2010). Bien que les chercheurs aient dans le passé également été capables de générer des cellules somatiques fonctionnelles à partir de fibroblastes de souris sans commencer par créer des cellules pluripotentes, les chercheurs de la McMaster University ont été les premiers à le faire avec des cellules humaines et les premiers à produire des cellules sanguines. En contournant l'étape de pluripotence intermédiaire, ces scientifiques ont jeté les bases pour que des équipes de recherche puissent créer d autres types de cellules, comme des cellules pancréatiques et musculaires, à partir de cellules de peau, et éviter les complications associées à la pluripotence induite. Leurs recherches de pointe dans la programmation des cellules de peau a consolidé la position du Canada comme chef de file mondial en matière de recherche sur les cellules souches. L'année 2010 a été passionnante pour la recherche sur les cellules souches au Canada. La génération de cellules CSPi à partir de cellules de chevaux et la conversion directe de cellules de peau en cellules souches sanguines ne sont que deux des nombreuses innovations réalisées dans le domaine de la recherche sur les cellules souches par des scientifiques canadiens. Les Canadiens ont également mené des recherches visant la réduction des risques associés à la production de cellules CSPi et l utilisation de cellules CSPi dérivées du foie pour tester la toxicité des médicaments (Réseau des cellules souches, 2011). Grâce à la bioingénierie, les cellules somatiques simples sont devenues le fondement d un avenir prometteur

4 Page 4 en médecine régénérative. Le travail extraordinaire accompli sur le plan cellulaire par les scientifiques canadiens est véritablement une alchimie cellulaire.

5 Page 5 Ouvrages cités Encyclopédie canadienne (2011). Cellules souches, recherche sur les, disponible sur : Science Daily (2011). Scientists Generate Pluripotent Stem Cells from Horses, disponible sur : Science Daily (2010). Scientists turn skin cells directly into blood cells, bypassing middle pluripotent step, disponible sur : Stem Cell Information (2009). Stem Cell Basics, disponible sur : Stem Cell School (2011). Cellular Programming and the Creation of Induced Pluripotent Cells: From Dolly to ips, disponible sur : Andras Nagy et coll. (2011). Induced Pluripotent Stem Cell Lines Derived from Equine Fibroblasts, disponible sur : Encyclopædia Britannica (2011). Transposon (genetics), disponible sur : Ivan Gutierrez-Aranda et coll. (2010). Human Induced Pluripotent Stem Cells Develop Teratoma More Efficiently and Faster than Human Embryonic Stem Cells Regardless of the Site of Injection, «Stem Cells». Children s Hospital Boston (2011). Adult Stem Cells 101, disponible sur : Eva Szabo et coll. (2010). Direct conversion of human fibroblasts to multilineage blood progenitors, «Nature». The Guardian (2010). Skin Cells Transformed into Blood, disponible sur : Réseau de cellules souches (2011). Identifying the Effectors of Somatic Cell Reprogramming to ips Cells; Moving Toward Safe Human Applications, disponible sur : Réseau de cellules souches (2011). Assessing Drug Metabolism in hesc/ipsc-derived Hepatocytes, disponible sur :