Les cellules souches du cordon ombilical

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1 Gymnase Cantonal du Bugnon, Lausanne Travail de Maturité 2013 Les cellules souches du cordon ombilical Léo Corsini et Tutrice : Madame Françoise Jaunin

2 Résumé Léo Corsini Pour traiter les maladies comme les leucémies, les lymphomes et différentes pathologies sanguines rares, il est souvent nécessaire d utiliser la chimiothérapie ou la radiothérapie. Ces maladies affectent le système hématopoïétique. L hématopoïèse est le processus de fabrication des cellules sanguines par les cellules souches hématopoïétiques, dans la moelle osseuse. Or la chimiothérapie et la radiothérapie tuent non seulement les cellules cancéreuses, mais aussi les cellules saines à proximité dans la moelle osseuse. Cela provoque une grave aplasie (arrêt de l hématopoïèse), provoquant rapidement la mort du patient à cause du manque de cellules sanguines. Une greffe de cellules souches du sang (hématopoïétiques) permet de traiter cette aplasie. Le premier choix sera généralement la greffe de sang périphérique (on attire les cellules souches qui sont dans la moelle osseuse dans le sang grâce à un produit et on effectue une prise de sang), ensuite la greffe de moelle osseuse. Mais pour éviter un rejet de la greffe ou une attaque du corps du patient par la greffe, il faut que la greffe soit compatible. Grâce à un réseau international de banques de cellules souches, on est souvent capable de trouver une greffe compatible. Cependant s il est impossible de trouver une greffe compatible, on procèdera alors à une greffe de sang du cordon. En effet, pour différentes raisons, les greffes de sang du cordon exigent un niveau de compatibilité plus bas. Par contre elles provoquent plus de complications, principalement à cause de la quantité limitée de cellules souches hématopoïétiques disponibles dans une poche de sang du cordon. Il existe trois variantes de banques pour la conservation du sang du cordon. Les banques publiques proposent un don gratuit et anonyme, la poche de sang est alors disponible pour n importe quel patient en Suisse ou à l étranger. En Suisse, on trouve de telles banques à Bâle et à Genève (4000 poches de sang au total). Les banques privées quant à elles proposent aux mères de conserver le cordon de leur enfant pour lui seul. Elles sont vivement critiquées en raison du très faible taux d utilisation des cordons par rapport au prix de la conservation du sang. La recherche actuelle se concentre surtout sur le problème du faible nombre de cellules souches disponibles qui provoque de nombreuses complications. D autres questions d ordre éthique se posent, comme par exemple le statut du cordon ombilical. En vue de ce que nous avons étudié, nous concluons que ces cellules souches sont très prometteuses pour le futur, mais qu il ne faut pas utiliser ces espoirs comme des arguments commerciaux. Le grand espoir des recherches sur ces cellules souches, est le traitement de maladies nonsanguines. Pour l instant il n existe aucun résultat clinique prouvant que cela soit possible. Mais la plupart des chercheurs pensent que cela sera possible dans le futur. 2

3 Table des matières 1. INTRODUCTION: CELLULES SOUCHES, SITUATION ACTUELLE QU'EST-CE QU'UNE CELLULE SOUCHE? LES DIFFÉRENTS TYPES DE CELLULES SOUCHES CORDON OMBILICAL, POTENTIALITÉ DES CELLULES SOUCHES HÉMATOPOÏÉTIQUES DU CORDON ET LEURS PARTICULARITÉS RÉSUMÉ DE L UTILISATION MÉDICALE ACTUELLE DES CELLULES SOUCHES DU CORDON ETUDE DES DERNIÈRES RECHERCHES SUR LES CELLULES SOUCHES DU CORDON OMBILICAL PRESENTATION ET RESUME DES DEFIS ACTUELS LIMITATION DU NOMBRE DE CELLULES SOUCHES HÉMATOPOÏÉTIQUES DANS LE SANG DU CORDON RECONSTITUTION IMMUNITAIRE LE SANG DU CORDON COMME TRAITEMENT CONTRE LE DIABÈTE DE TYPE TRANSPLANTATION DE CELLULES SOUCHES AVEC SANG DU CORDON POUR LA CURE D INFECTIONS PAR LE VIRUS HIV ETUDE DES PROBLÈMES ÉTHIQUES ETUDE DES PROBLÈMES ÉTHIQUES LIÉS AU SYSTÈME DE BANQUES LE STATUT DU CORDON OMBILICAL BÉBÉS-MÉDICAMENTS ET CORDON OMBILICAL JUSTIFICATION D UNE MÉTHODE COÛTEUSE CONCLUSION REMERCIEMENTS BIBLIOGRAPHIE :

4 1. Introduction: Léo Corsini Voilà maintenant une dizaine d'années que les cellules souches fascinent l Homme. En deçà des perspectives parfois un peu folles auxquelles s'attend le grand public, les cellules souches ont effectivement permis de développer de nouveaux traitements pour des maladies auparavant incurables (leucémie, lymphome, anémie aplastique, et bien d autres). C est ce qui crée l attrait que nous pouvons ressentir pour ce domaine entre les progrès époustouflants et les dérives éthiquement inacceptables. De nombreuses nouveautés primordiales pour la médecine sont attendues dans ce domaine. Dans ce travail, nous nous intéresserons à certaines cellules souches en particulier, qui ont déjà permis de sauver des patients qui auraient été condamnés il y a une trentaine d'années. Nous étudierons sous leurs différents aspects les cellules souches du cordon ombilical. Celles-ci permettent de nos jours de guérir certaines maladies sanguines, auparavant incurables. La greffe de sang du cordon, le sang du cordon ombilical contenant des cellules souches du sang, présente différents avantages sur les autres méthodes qui permettent de traiter ce genre de maladies, mais elle présente aussi des désavantages conséquents. En tous cas, elle est parfois indispensable. Ensuite, nous nous intéresserons aux différentes avancées dans la recherche sur les cellules souches du cordon ombilical. Puis, nous laisserons de côté l'aspect purement scientifique pour étudier l'aspect éthique de la question. En effet, le système de conservation du sang du cordon et le statut même du cordon ombilical ont posé différents problèmes éthiques et juridiques sur lesquels se sont penchées différentes commissions d éthique. D ailleurs la question du bébémédicament concerne aussi parfois le cordon ombilical. Pour étudier les différents aspects des cellules souches du cordon ombilical et répondre à ces quelques questions, nous avons lu des articles médicaux publiés dans des revues scientifiques, nous avons cherché des articles de presse, des rapports de commissions d'éthique, consulté certains ouvrages. Et surtout, nous avons eu la chance de pouvoir discuter et interviewer deux personnnes qui travaillent dans ce domaine: le docteur Pierre-Yves Lovey médecin chef du service d'hématologie de l'institut Central des Hôpitaux Valaisans et Monsieur Niels Lyon du centre de transfusion à Lausanne, responsable du laboratoire de recherche, de développement, de la production des composants sanguins et du contrôle qualité. Avec toutes ces cartes à notre disposition nous espérons désormais être capables de répondre à certaines questions telles que : - Les progrès futurs permettront-ils un jour de guérir des maladies encore incurables aujourd hui comme le SIDA, les maladies neuronales ou encore d autres cancers? 4

5 - Devons-nous limiter la marge de manœuvre ainsi que l influence des banques privées de sang du cordon? - Tout cela vaut-il la peine, connaissant le prix du traitement et de la recherche, sans même parler des problèmes éthiques? 2. Cellules souches, situation actuelle 2.1 Qu'est-ce qu'une cellule souche? Rappelons tout d abord la définition d une cellule. La cellule est la plus petite entité vivante capable de se reproduire. En outre, tous les êtres vivants sont composés de cellules. Elles prennent toutes sortes de formes et de tailles et ont toutes sortes de fonctions. Dans ce travail nous nous intéresserons surtout aux cellules animales et particulièrement aux cellules humaines. Elles sont classées en différents types de cellules suivant leur fonction et leur forme. Les différents types de cellules appartiennent à des classes. Par exemple la classe des cellules sanguines réunit différents types de cellules spécifiques au sang : les globules rouges, les globules blancs et les plaquettes (www.wikipedia.org). Une cellule souche est une cellule qui n'est pas encore différenciée, cela signifie qu'elle n'a pas encore reçu l ordre de se transformer en un type spécifique de cellules au sein de l organisme, chaque type ayant une fonction différente dans le corps. Comme toutes les autres cellules, elle a une capacité d'auto-renouvèlement, appelée "mitose", c est-à-dire la division d une cellule en deux cellules identiques. Ces nouvelles cellules pourront se spécialiser en se différenciant selon le besoin (voir fig. 1). Le fonctionnement de la différentiation des cellules souches est encore relativement peu connu, on sait en tous cas que les cellules souches se différencient sous l impulsion d un signal chimique envoyé par l organisme. Différents facteurs environnementaux influencent aussi la différenciation des cellules souches. Les cellules souches sont essentielles au bon fonctionnement du corps humain et sont responsables de son développement dès le stade embryonnaire. Dans le corps humain, les cellules souches sont à l origine de toutes les autres cellules (Wagner, 2011). 5

6 (albertbarrois.blogspo i t.com). Figure 1: Auto-renouvèlement et différenciation des cellules souches 2.2 Les différents types de cellules souches. Les classes de cellules souches connues à ce jour sont les suivantes (voir fig.2): A) Les cellules souches totipotentes : elles sont capables de former un organisme dans son ensemble (une seule cellule souche totipotente suffit au développement d un organisme entier). L ovule fécondé est une cellule souche totipotente. Elles sont présentes dans l embryon jusqu au cinquième jour. Cela signifie que l on peut prélever une de ces cellules sur l embryon et produire ainsi un nouvel embryon viable. Une part très importante de la recherche médicale actuelle s y intéresse, et des sommes importantes sont investies dans ce domaine en prévision des résultats espérés. Mais elles posent de graves problèmes éthiques, ce qui limite leur utilisation dans de nombreux pays. En effet, le statut de l embryon est sujet à débat et n est pas encore clairement défini. L embryon est-il déjà une personne humaine, et doit-il donc être protégé en tant que tel? La loi actuelle, en Suisse, permet le prélèvement de cellules souches embryonnaires uniquement sur les embryons surnuméraires et à des fins scientifiques. En définitive, leur prélèvement n est permis que sur des embryons fécondés in vitro et non utilisés, qui sans cela seraient détruits (RS Loi fédérale relative à la recherche sur les cellules souches embryonnaires (LRCS) du 19 décembre 2003). B) Les cellules souches pluripotentes: elles sont capables de se différencier en n importe quel type de cellules de n importe quel organe ou tissu, mais ne peuvent plus produire un organisme entier. On distingue deux types de cellules souches pluripotentes : B.1 Les cellules souches pluripotentes embryonnaires : on les trouve dans l embryon pendant son développement (après huit semaines, on parle de fœtus). Elles sont destinées à former tous les tissus et organes du corps humain. Mais elles se trouvent à un stade où elles ne sont plus capables de former un organisme entier. On les prélève elles-aussi sur 6

7 les embryons surnuméraires fécondés in vitro, cela uniquement pour faire avancer la recherche. B.2 Les cellules souches pluripotentes induites : elles sont créées artificiellement à partir de cellules souches multipotentes chez l adulte. Il s agit certainement d une des découvertes les plus importantes de ces dernières années dans ce domaine. Plusieurs gènes (une séquence de l ADN) spécifiques aux cellules souches pluripotentes sont insérés dans le génome (ADN) d une cellule souche multipotente, ce qui lui donne cette potentialité de se différencier dans tous les types de cellules. Cela permet d éviter les problèmes éthiques liés à la recherche sur les cellules souches embryonnaires, puisqu il suffit de prélever des cellules souches multipotentes chez un adulte quelconque avant de les manipuler. Mais il reste encore certains problèmes à élucider, comme par exemple le «désordre» créé parfois dans le génome (=ADN) par l insertion du gène qui ne se place pas au bon endroit (www.futura-sciences.com). C) Les cellules souches multipotentes : elles sont capables de former différents types de cellules mais dans un spectre déjà défini, seulement dans l organe ou le tissu où elles se trouvent. On les trouve dans tout le corps humain. Les cellules souches de la moelle osseuse, par exemple, sont multipotentes : elles peuvent former tous les types de cellules sanguines (globule rouge, globule blanc, plaquettes). D) Les cellules souches unipotentes : elles sont destinées à la fabrication d'un seul et unique type de cellule. Par exemple celles qui se trouvent à la racine des cheveux et les font ainsi pousser continuellement. Ce sont des cellules souches dans leur dernier stade de développement. Figure 2 : Les différentes cellules souches (hinnovic.com) 7

8 2.3 Cordon ombilical, potentialité des cellules souches hématopoïétiques du cordon et leurs particularités. Nous étudierons principalement dans ce travail les cellules souches hématopoïétiques. L hématopoïèse est le processus de fabrication des cellules sanguines par les cellules souches hématopoïétiques (cellules souches du sang) situées dans la moelle osseuse. Le système hématopoïétique est indispensable au bon fonctionnement du corps humain, il est le seul capable de fabriquer des cellules sanguines : plaquettes pour la coagulation en cas de saignement, globules blancs pour la défense immunitaire et globules rouges (érythrocytes) pour le transport de l oxygène dans le sang, depuis les poumons jusque dans les plus petits vaisseaux (voir fig. 3) (wikipedia.org). Globules blancs Figure 3: L'hématopoïèse (www.virtual.epm.br) 8

9 Léo Corsini Le cordon ombilical est le lien physique qui lie le placenta à l embryon (voir fig. 4), on le considère comme un organe. Il approvisionne l embryon en oxygène et en éléments nutritifs, via une veine, et évacue le dioxyde de carbone issu de la respiration cellulaire de l embryon/foetus et les déchets, via deux artères. De manière générale, on le coupe à la naissance puis on le jette. Ce travail expliquera pourquoi on propose maintenant aux mères prêtes à accoucher de faire don du cordon ombilical de leur enfant à des fins thérapeutiques (wikipedia.org). Cordon ombilical Figure 4: Le fœtus et le cordon ombilical (www.linternaute.com) A l état naturel le cordon ombilical (voir fig. 4 et 5) contient deux types de cellules souches : les cellules souches hématopoïétiques du sang du cordon qui sont classées parmi les cellules souches multipotentes (elles sont capables de fabriquer toutes les cellules sanguines) et les cellules souches mésenchymateuses, qui se trouvent dans le tissu du cordon et sont capables de fabriquer les os, les cellules adipeuses (graisse) et les cartilages. Elles sont elles aussi multipotentes. L étude des cellules souches mésenchymateuses en est encore au stade expérimental et nous nous y intéresserons moins. Par contre la recherche sur les cellules souches hématopoïétiques a donné des résultats spectaculaires depuis une trentaine d années (Wagner, 2011). 9

10 Figure 5 : Le cordon ombilical et ses cellules souches (blog.cordblood.com) Dans les semaines qui précèdent l accouchement, le nombre de cellules souches hématopoïétiques circulant dans le cordon ombilical augmente considérablement pour préparer le fœtus aux importants changements qui auront lieu à sa naissance. Les cellules souches hématopoïétiques sont en effet indispensables à la fabrication des cellules sanguines par l enfant à naître. C est pourquoi les chercheurs ont eu l idée de prélever ce sang dans le cordon ombilical, juste après la naissance de l enfant afin de profiter de la présence des cellules souches hématopoïétiques. De plus, le prélèvement du sang du cordon ne provoque pas directement de problème éthique particulier, contrairement aux cellules souches embryonnaires. En effet, 90% des mères se diraient prêtes à faire don du cordon ombilical de leur enfant selon une étude financée par le Fonds national suisse, une association de financement du don de sang du cordon pour la Suisse (Wagner, 2011 ; Surbek, 2012). 2.4 Résumé de l utilisation médicale actuelle des cellules souches du cordon. Les cellules souches hématopoïétiques ont commencé à intéresser les chercheurs vers la fin du 20 ème siècle. Après l explosion de deux bombes atomiques à Hiroshima et Nagasaki, le système hématopoïétique de nombreuses personnes avait été affecté par l exposition aux radiations, celles-ci détruisent ou modifient l'adn des cellules exposées, ce qui provoque des cancers. Déjà auparavant, vers 1950, on avait prouvé théoriquement qu une greffe de moelle osseuse saine dans la moelle d un patient malade pourrait reconstituer le système hématopoïétique. Mais c est seulement depuis une trentaine d années que la recherche sur les cellules souches hématopoïétiques a donné de véritables résultats cliniques. Les traitements par greffe de cellules souches hématopoïétiques ont d abord été effectués par greffe de moelle osseuse (première greffe en 1968), ensuite par greffe de sang périphérique (décrite plus bas), et finalement (et seulement dans certains cas) par greffe de sang du cordon (première greffe en 10

11 1988 pour traiter un patient atteint par la maladie de Fanconi, une maladie génétique rare qui affaiblit le système hématopoïétique) (lequotidiendumédecin.fr ; wikipedia.org). Grâce aux avancées technologiques et médicales effectuées alors, on est maintenant capable de sauver la plupart des patients atteints de maladies sanguines auparavant incurables, il s agit généralement de maladies cancéreuses, comme les leucémies par exemple. Avant d aborder le fonctionnement du traitement lui-même, décrivons tout d abord les maladies ciblées par de tels traitements. Les principales maladies traitées à l aide d une greffe de cellules souches hématopoïétiques sont surtout les leucémies, différents types de lymphomes, une liste de maladies réunies sous le terme de «pathologies non malignes», et certaines maladies génétiques rares (dondesangdecordon.fr). La leucémie est souvent appelée «cancer du sang». Il s agit d un cancer qui affecte les cellules de la moelle osseuse, celles-là mêmes qui fabriquent les cellules sanguines, compromettant l hématopoïèse. Les leucémies se manifestent par une surproduction de globules blancs anormaux. «Une leucémie aiguë apparaît dans un délai de quelques jours ou quelques semaines, et entraîne l'accumulation d'un grand nombre de cellules immatures, non développées, appelées blastes. Ces cellules ne peuvent fonctionner comme des globules blancs normaux, ce qui fait courir un risque d'infection aux personnes atteintes de leucémie aiguë. De plus, puisque le corps se consacre à la production des blastes, il ne fabrique plus assez de globules rouges ou de plaquettes, d'où le risque d'anémie (manque de cellules sanguines) et de troubles hémorragiques. La leucémie chronique progresse plus lentement, sur une période de quelques mois ou de quelques années; elle est caractérisée par la surproduction de globules blancs matures qui ne peuvent fonctionner normalement» (voir fig. 6) (sante.canoe.ca/condition_info_details.asp?disease_id=81). Les lymphomes sont les cancers du système lymphatique (circuit complexe de vaisseaux et de ganglions jouant un rôle très important dans la défense immunitaire). Ils compromettent la défense immunitaire. Ils se manifestent par une production anormale de lymphocytes (un type de globules blancs qui se multiplient dans les ganglions lymphatiques). On les diagnostique généralement à ce niveau-là (on trouve les ganglions lymphatiques à différents endroits stratégiques dans le corps) (wikipedia.org). Une multitude de maladies entrent dans la classe des pathologies non malignes («non malignes» signifie que ce ne sont pas des cancers, mais ces maladies n en sont pas moins souvent mortelles). Elles sont relativement graves mais très rares, souvent résistantes aux traitements habituels. Ce sont parfois des maladies génétiques rares que l on traite par greffe de cellules souches du sang. Ces maladies génétiques provoquent une anomalie dans le système hématopoïétique : celui-ci est mal «codé», ce qui provoque la fabrication de cellules sanguines incapables de fonctionner normalement. Mais cela est tellement rare que par exemple cette 11

12 catégorie n apparaît pas dans le graphique ci-dessous. (voir fig. 6). Ces maladies sont des maladies congénitales et donc déjà présentes à la naissance (medicalforum.ch/docs/smf/archiv/fr/2011/ / pdf). Figure 6 : Les différentes maladies nécessitant une greffe de cellules souches hématopoïétiques (medicalforum.ch/docs/smf/archiv/fr/2011/ / pdf) Mais alors pourquoi a-t-on besoin d une greffe de cellules souches hématopoïétiques pour traiter ce genre de maladies? Le point commun de toutes les maladies cancéreuses est que leur traitement implique une chimiothérapie ou une radiothérapie lourde, voire les deux simultanément. La chimiothérapie permet la destruction des cellules cancéreuses à l aide d un médicament. La radiothérapie est la destruction des cellules cancéreuses par radiations concentrées sur la zone touchée par la 12

13 maladie. Or ces deux méthodes impliquent non seulement la mort des cellules cancéreuses, mais aussi la mort des cellules saines proches de la zone ciblée. Il est alors aisé de comprendre qu elles compromettent la vie du patient si elles détruisent les cellules souches hématopoïétiques de la moelle osseuse, provoquant une grave aplasie (arrêt de l hématopoïèse, et donc de la production de toutes les cellules sanguines), surtout lorsqu il est nécessaire d irradier tout le corps, si la maladie s est répandue dans tout l organisme (Wagner, 2011 ; Interview de Monsieur Lyon, 2013). C est pourquoi les chercheurs ont eu l idée de greffer un bout de moelle osseuse saine contenant des cellules souches hématopoïétiques (puisque l hématopoïèse a lieu dans la moelle osseuse) chez le patient malade, après le traitement par chimiothérapie ou radiothérapie. Comme la moelle osseuse contient des cellules souches hématopoïétiques, on pensa à prélever un bout de moelle saine avant le traitement dans une zone non atteinte par la maladie, puis de le greffer après chimio/radiothérapie. Cette méthode a fait ses preuves mais elle n est parfois pas applicable pour des raisons que nous étudierons. Une autre méthode est la greffe de sang périphérique (sang en circulation dans le corps, en dehors des organes de fabrication des cellules sanguines), les cellules souches hématopoïétiques sont attirées dans le sang par une substance administrée à cette fin. Ensuite une prise de sang est nécessaire. Cette méthode elle aussi n est pas toujours applicable, mais elle est la plus répandue actuellement (Wagner 2011 ; Surbek, 2012 ; Interview de Monsieur Lyon, 2013). Il s avère que le sang du cordon contient beaucoup de cellules souches hématopoïétiques au moment de la naissance, d ailleurs son prélèvement est simple, indolore et ne comporte aucun risque pour la mère ou l enfant ; tandis que la greffe de moelle osseuse nécessite une anesthésie générale et provoque des douleurs aigües chez le donneur. Quant à la greffe de sang périphérique elle nécessite d injecter auparavant une substance destinée à mobiliser les cellules souches hématopoïétiques dans le sang afin d en augmenter la concentration (Interview de Monsieur Lyon, 2013). Il est important d introduire la notion de greffe autologue et de greffe allogénique (ou allogène). Dans le cadre d une greffe autologue, le greffon (échantillon à greffer) est prélevé directement sur le patient. Pour une greffe allogénique, le greffon provient d un donneur qui n est pas le patient. Or, si le greffon provient d un donneur autre que le patient lui -même, on s expose à un double risque : la défense immunitaire de l hôte risque de s attaquer à la greffe, on parle alors de rejet de la greffe ; ou alors la greffe elle-même peut reconnaître le corps de l hôte comme un étranger et s y attaquer, on parle alors de maladie du greffon (on utililse souvent le terme de GvHD (de l anglais Graft versus Host Disease, littéralement maladie de la greffe contre l hôte)) (Wagner, 2011). Nous allons maintenant décrire la démarche que suivra le médecin hématologue pour traiter un 13

14 patient atteint par une maladie hématologique nécessitant une greffe de cellules souches hématopoïétiques. Le choix entre ces trois traitements doit s effectuer au cas par cas. Si on a besoin très rapidement de la greffe, le sang périphérique est préférable. Si on veut dans tous les cas éviter la maladie du greffon (attaque du patient par la greffe qui le reconnaît comme un étranger), cela pour certains types de leucémies aigües, on choisira une greffe de moelle osseuse autologue. S il s agit d une maladie congénitale, la greffe autologue est à exclure dans tous les cas, car la maladie sera déjà contenue dans la greffe, puisqu elle est «inscrite» dans l ADN du malade. S il est impossible d utiliser une des deux premières méthodes, alors on envisage une greffe allogénique de sang du cordon (Gratwohl, 2008). Dans la plupart des cas, le premier choix sera la greffe allogénique de sang périphérique. Les avantages de cette méthode sont : la rapidité du traitement, la simplicité du don (qui nécessite simplement une prise de sang après administration d une substance qui attire les cellules souche hématopoïétiques dans le sang), la possibilité de bénéficier de l effet GvL (graft versus leukemia). L effet GvL (graft versus leukemia), ou de manière plus générale l effet GvT (graft versus tumour) (respectivement greffe contre la leucémie et greffe contre la tumeur), est un phénomène qui s observe lorsque le système immunitaire du greffon reconnaît les cellules cancéreuses du patient comme anormales et s y attaquent, ce qui accélère le traitement. L effet GvL est un des grands avantages de la greffe allogénique de sang périphérique. La possibilité de bénéficier d un effet GvL dans le cadre d une greffe autologue n existe bien sûr pas, puisque le système immunitaire du greffon est le même que celui du patient atteint par la maladie, il ne saura donc pas reconnaître les cellules cancéreuses (Gratwohl, 2008). Or comme il s agit d une greffe allogénique, il y a évidemment un risque de rejet de la greffe ou de maladie du greffon. Comme les groupes sanguins pour les dons de sang, les cellules ont leur propre système de compatibilité. Il s agit du système HLA (Human Leucocyte Antigen, ou antigène de leucocyte (globule blanc) humain). Toutes les cellules humaines ont à leur surface un antigène qui permet au corps de les reconnaître. Pour qu une cellule étrangère soit acceptée par le corps de l hôte, il faut que l antigène soit compatible. Le HLA est transmis génétiquement par bloc. C est pourquoi on recherche d abord un HLA compatible dans la fratrie, on a alors 25% de chances d en trouver un compatible. En effet, si par exemple la mère d un enfant a reçu de sa propre mère un bloc A et de son père un bloc B, et que le père de cet enfant a reçu de ses parents un bloc C et un bloc D, imaginons que l enfant ait hérité du bloc A de sa mère et du bloc C de son père, le pourcentage de chance pour que son frère ou sa sœur ait reçu les mêmes blocs HLA A et C est de 25% (Interview du docteur Lovey, 2013). 14

15 Si on ne trouve pas un donneur compatible dans la fratrie, on cherche dans le registre international des banques de cellules souches hématopoïétiques. Grâce aux efforts fournis pour réunir un maximum de greffes potentielles, on a alors 75% de chances de trouver un HLA compatible (Interview du docteur Lovey, 2013 ; Wagner, 2011). Pour certaines maladies, on a besoin d une greffe de moelle osseuse. Si la greffe est autologue, il n y a pas de problème. Mais si la greffe est allogénique, on suit alors la même démarche de recherche du HLA compatible que pour le sang périphérique. Dans le sang du cordon, les globules blancs sont dits «naïfs», c est-à-dire qu ils ne savent pas encore reconnaître les cellules étrangères. En outre, il y a moins de cellules dites «natural killer» (tueuses naturelles) dans le sang du cordon. Sans entrer dans les détails d un phénomène encore relativement peu connu, les cellules «natural killer» sont des globules blancs qui s attaquent de manière automatique aux cellules étrangères. Naturellement dans le corps humain, un système complexe et encore peu connu, permet d éviter que ces cellules ne s attaquent aux corps étrangers bénéfiques à la santé (Wagner, 2011 ; Pour ces deux raisons, le HLA n a pas besoin d être compatible pour une greffe de sang du cordon, c est pourquoi on envisage cette solution quand on n a pas trouvé un HLA compatible pour une des deux autres méthodes. Mais alors pourquoi n utilise-t-on pas toujours cette méthode? Le sang du cordon a certains graves désavantages. Tout d abord, le nombre de cellules souches hématopoïétiques qu il contient est faible, à cause de la limitation de la quantité de sang (environ 100ml dans un cordon) et à cause de la faible concentration des cellules souches hématopoïétiques dans le sang du cordon (nous en reparlerons dans le chapitre suivant). Pour cette raison, il est nécessaire de greffer deux sangs du cordon si le patient est adulte, ce qui augmente le risque de complications. D ailleurs, comme le nombre de cellules souches hématopoïétiques dans le sang du cordon est faible, la reconstitution immunitaire du patient sera ralentie, et donc le risque d infections beaucoup plus élevé. Ensuite, la trace du donneur est perdue (impossible de retrouver l enfant qui a fait don anonymement de son cordon ombilical). Or, on a parfois besoin de prélever des lymphocytes (globules blancs) chez le donneur pour les injecter chez le patient. Ces lymphocytes sains remplacent petit à petit les lymphocytes du malade, ce qui améliore sa reconstitution immunitaire (Wagner, 2011 ; Interview du docteur Lovey, 2013). Quant aux maladies génétiques visées par ce genre de traitements, ce sont des maladies qui provoquent un déficit dans le système hématopoïétique. C est-à-dire qu il manque certaines cellules dans le système hématopoïétique, ou alors celles-ci sont incapables de fonctionner normalement. Dans ce cas-là, les cellules souches du cordon ombilical viennent remplacer les 15

16 cellules manquantes ou inutilisables du malade. Une greffe autologue est bien sûr hors de question, puisque la maladie serait déjà contenue dans la greffe. Nous en reparlerons plus tard, pour la question des bébés-médicaments. En définitive, les résultats de cette méthode sont bons, mais le taux de survie du patient est plus faible qu avec les autres méthodes. En Suisse, nous avons 4000 sangs du cordon dans des banques publiques. 90% des poches de sang du cordon suisses utilisées ont été exportées, et 90% des poches de sang du cordon utilisées en Suisse ont été importées. Ce type de traitement concerne très peu de cas par année en Suisse (6 cas pour toute la Suisse en 2011). Dans le monde, chaque année 4000 patients sont traités par cette méthode (voir tableau 1) (Interview du docteur Lovey, 2013 ; Conseil Fédéral, Réponse à une intervention au parlement, 2012). La greffe autologue de sang du cordon existe, mais elle est extrêmement rare. En effet, le taux de probabilité qu un enfant ayant conservé son cordon soit atteint par une maladie hématologique est extrêmement faible. Ces maladies sont courantes d un point de vue médicale, mais très rares en absolu. En outre, s il s agit d une maladie congénitale, une greffe autologue n est pas envisageable. Avantages et inconvénients des différentes méthodes de transplantation Avantage Source de cellules souches Inconvénient Moelle osseuse Moins de maladies du greffon chroniques Risque de rejet Lenteur du traitement Sang périphérique Rapidité du traitement Plus de maladies du greffon Moins de rejets Sang du cordon ombilical Rapidement disponible Plus de rejets Moins de maladies du greffon Lenteur du traitement Moins d'exigence de compatibilité HLA* Faible nombre de cellules Impossibilité de transfuser des lymphocytes du donneur Type de donneur Pas de maladies du greffon Risque de récidive Autologue Pas de rejets de la greffe Allogénique Cellules souches saines Rejets Moins de récidives Maladies du greffon (Gratwohl, 2008) Tableau 1 : Avantages et désavantages des différentes méthodes 16

17 Pour faciliter la recherche d un sang au HLA compatible afin d opérer une greffe allogène de sang du cordon (tout comme pour les greffes de moelle osseuse et de sang périphérique), un système de banques du sang publiques a été mis en place. La poche de sang est prélevée dans les hôpitaux par les services de maternité, puis elle est envoyée dans une banque publique après avoir été cryogénisée (c est une technique de congélation dans l azote liquide qui permet la conservation des cellules sans provoquer leur mort par congélation) pour sa conservation. Les données concernant ces poches de sang sont mises informatiquement à disposition des hôpitaux, afin de faciliter le processus. En Suisse, certains hôpitaux proposent aux mères de faire don du cordon ombilical de leur enfant. Nous avons deux banques publiques de sang du cordon, une à Genève et une à Bâle. Les poches de sang sont ensuite redirigées vers certains hôpitaux universitaires, qui sont ici les seuls à effectuer des traitements par greffe de cellules souches hématopoïétiques (Interview de Monsieur Niels Lyon, 2013 ; Gratwohl, 2008 ; Wagner, 2011; Surbek, 2012). Figure 7 : Infrastructure de conservation du sang du cordon Une transplantation de cellules souches demande toute une organisation spécifique. En effet, différents services de différents hôpitaux doivent travailler de manière coordonnée à cette fin. En premier lieu, le service de maternité doit faire connaître la possibilité d un don du cordon ombilical à ses patientes, après avoir démenti les nombreux préjugés véhiculés à ce sujet. Ensuite, le prélèvement doit s effectuer selon des règles très strictes fixées par une commission internationale et demande donc l intervention d un spécialiste. Puis, rapidement la poche de sang doit être cryogénisée. Ce qui implique un processus complexe permettant de réutiliser ces cellules après leur décongélation. Après cette période pendant laquelle la greffe potentielle est préservée dans une banque spécialisée, le service d hématologie (hémato=le sang) de l hôpital effectuant les traitements par greffe de cellules souche hématopoïétiques demandera cette poche de sang, une fois la compatibilité HLA vérifiée grâce à la base de données informatique 17

18 internationale ou nationale des banques de cellules souches publiques (www.worldmarrow.org/, en/home.php). Suite à la décongélation de l échantillon, on pourra enfin le greffer (par voie intraveineuse en ce qui concerne le sang du cordon, c est-à-dire qu on l injecte directement dans une veine). Si le HLA n est pas complètement compatible, il faudra simultanément donner des immunodépresseurs au patient, cela dans un environnement protégé, afin de limiter le risque d infections. De plus, une greffe de cellules souches hématopoïétiques implique un suivi à vie du patient. En effet, toutes les maladies ciblées par un tel traitement sont des maladies cancéreuses susceptibles de redémarrer après une longue période d inactivité, même si le traitement a été mené avec succès. Le rôle du médecin devient alors essentiel dans le suivi du patient, afin d éviter un maximum une rechute qui pourrait lui être fatale (Gratwohl, 2008 ; Apperley et Keating, 2008 ; Interview du docteur Lovey, 2013). Les facteurs influençant la réussite d une telle greffe sont multiples. Tout d abord cela dépend du type de maladie et de son stade d avancement, ensuite cela dépend de l âge, du sexe, de l état général du patient et de son origine ethnique (si le patient est originaire d une ethnie rare, il sera beaucoup plus difficile de trouver un HLA compatible, ou partiellement compatible). Et bien sûr, de nombreux facteurs environnementaux rentrent en compte. L aspect financier peut luiaussi jouer un rôle, en raison du prix très élevé de ce type de traitement (Gratwohl, 2008). 3. Etude des dernières recherches sur les cellules souches du cordon ombilical 3.1 Présentation et résumé des défis actuels. De nos jours, la transplantation de cellules souches du cordon ombilical est devenue une pratique assez courante. Elle a déjà permis de sauver de nombreuses vies humaines et présente certains avantages sur les autres méthodes de transplantation de cellules souches hématopoïétiques, comme par exemple la greffe de moelle osseuse et la greffe de sang périphérique. Mais la médecine contemporaine est maintenant confrontée à d importants défis dans ce domaine. Dans ce chapitre nous tenterons d expliquer de manière résumée quels sont ces défis et comment les chercheurs des plus prestigieuses organisations médicales essaient de résoudre les nombreux problèmes auxquels ils font face depuis quelques années. Enfin nous soulignerons quelles sont les perspectives pour la greffe allogène et autologue de sang du cordon dans le futur. En raison de son plus faible nombre de cellules souches, la greffe de sang du cordon donnera rarement un résultat satisfaisant par rapport à la greffe de moelle osseuse ou de sang périphérique, qui elles contiennent beaucoup plus de cellules souches hématopoïétiques (surtout si le patient est adulte de masse normale). Comment y remédier? (Li et Sykes, 2012). 18

19 S il y a un problème très vaste auquel les trois méthodes de transplantation de cellules souches sont confrontées, c est sans aucun doute celui de la reconstitution immunitaire. En effet, le traitement par chimiothérapie et radiothérapie détruit parfois complètement le système immunitaire du patient. Cela provoque une vulnérabilité décuplée face aux infections, virus et bactéries de toutes sortes présents dans les hôpitaux. L utilisation d immunodépresseurs, souvent nécessaire pour prévenir tout risque de maladie du greffon, ne fait qu empirer la situation. C est pourquoi la majeure partie des chercheurs sur les transplantations de cellules souches hématopoïétiques travaille actuellement dans ce domaine-là. Certains résultats paraissent remarquables, mais souvent leur applicabilité réelle est quasiment nulle (Li et Sykes, 2012). Un autre défi, dont l enjeu est très certainement encore plus grand, est l application du traitement par greffe de sang du cordon à des maladies non sanguines. Par exemple pour le traitement de maladies neurologiques, comme le Parkinson ou la maladie d Alzheimer. Aucun résultat clinique de traitement d une maladie non sanguine par greffe de cellules souches hématopoïétiques, que ce soit par n importe laquelle des trois méthodes, n a été signalé pour l instant. (Li et Sykes, 2012). Il est important de préciser que la recherche dans ce domaine ne fait que commencer et avance de manière fulgurante. Il ne se passe pas une semaine sans qu un article concernant les cellules souches hématopoïétiques ne soit publié dans une revue médicale. Ainsi ce qui sera présenté par la suite pourrait être démenti dans les mois qui suivent, ou au contraire déjà largement dépassé. 3.2 Limitation du nombre de cellules souches hématopoïétiques dans le sang du cordon. Tout d abord il est nécessaire d expliquer comment les chercheurs ont été capables de sélectionner les cellules souches hématopoïétiques. C est le 1 er juillet 1984, que dans le Journal of Immunology on annonce avoir enfin trouvé un marqueur commun à toutes les cellules souches hématopoïétiques. Cet antigène (marqueur chimique à la surface de la cellule) a été appelé CD34. Une cellule CD34 est donc tout simplement une cellule souche hématopoïétique. Depuis ce jour on est capable d étudier ces cellules afin d améliorer l efficacité des différentes méthodes de transplantation de cellules souches du sang, dont la greffe de sang du cordon ombilical fait partie (Chabannon, 2005). Globules blancs immatures et moins de cellules dites «natural killer» sont-elles les seules raisons pour lesquelles la greffe de sang du cordon nécessite une compatibilité HLA moins élevée que les autres méthodes? En réalité, le mécanisme sous-jacent reste flou pour les chercheurs. Toujours est-il que la concentration des cellules souches hématopoïétiques dans le sang du cordon est dix fois moindre que dans la moelle osseuse, et vingt à trente fois moindre 19

20 que dans le sang périphérique. Cette quantité moindre de cellules souches provoque une reconstitution immunitaire beaucoup plus lente. Ce problème peut être résolu en utilisant le sang de deux donneurs différents. Une autre approche possible serait l expansion in vitro (en laboratoire) de ces cellules. Une étude récente a montré par exemple que le fait de greffer simultanément un sang du cordon après expansion in vitro et un sang du cordon sans expansion in vitro augmentait la vitesse de reconstitution du système hématopoïétique (ce qui implique une reconstitution plus rapide du système immunitaire) (Li et Sykes, 2012). 3.3 Reconstitution immunitaire. Certains chercheurs ont pensé que l utilisation de cellules souches mésenchymateuses (présentes dans le tissu du cordon et qui fabriquent les cartilages par exemple) pourrait accélérer la reconstitution immunitaire. Cela a fonctionné in vitro mais n a pas donné de résultat probant en clinique. Au même moment, une autre équipe de recherche s intéressait à la manière d injecter le sang du cordon pour en augmenter l efficacité. Ceux-ci ont prouvé que l injection de sang du cordon directement dans la moelle osseuse améliorait la reconstitution du système hématopoïétique et diminuait le risque de maladie du greffon. Par contre le temps d étude est encore trop court pour déterminer les effets de cette méthode sur la reconstitution immunitaire et l effet GVT (graft-versus-tumour), qui est un terme général pour désigner les effets similaires au GvL (graft-versus-leukemia) mais contre tous les types de cancers (Li et Sykes, 2012). D autres se sont intéressés à l utilisation de deux méthodes de greffe différentes de manière simultanée. Par exemple un sang de cordon greffé avec, soit une moelle osseuse, soit un sang périphérique augmente la reconstitution immunitaire et hématopoïétique. Dans ce cas-là, on enlève certaines cellules qui sinon risqueraient de provoquer une maladie du greffon en s attaquant à l hôte. Le problème est que le manque de certaines de ces cellules et l immunodépression nécessaire limitent l effet GvT (greffe contre la tumeur) et ralentissent la reconstitution immunitaire (Li et Sykes, 2012). Dans le cadre d une transplantation de cellules souches hématopoïétiques, on est presque toujours confronté à une grave immunodéficience, en particulier après un traitement intensif. Cela peut durer pendant une année, voire deux ans. Le risque d infections devient alors extrêmement élevé. Les infections attrapées pendant cette période sont souvent fatales au patient. Les laboratoires, les hôpitaux et les universités cherchent donc un moyen d accélérer et d augmenter la reconstitution immunitaire (Li et Sykes, 2012). Dans certains cas très spécifiques d infection après une greffe de cellules souches hématopoïétiques, on a réussi à cloner in vitro certaines cellules spécialisées contre ces infections. Cela a permis d injecter uniquement les cellules nécessaires dans la lutte contre 20

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