Cellule souche totipotente

Attention! : cet article résulte de la division de l'ancien article « cellule souche » en « cellule souche animale » et « cellule souche (médecine) ». Aussi ses informations ne sont-elles plus forcément pertinentes. Veuillez donc, en modifiant l'article, à rester dans le cadre approprié (ici : la médecine).

Une cellule souche est une cellule indifférenciée se caractérisant par sa capacité à engendrer des cellules spécialisées en se différenciant et sa capacité à se multiplier quasi infiniment à l'identique (autorenouvellement), notamment en culture.

On parle de cellules souches chez les animaux en particulier, mais les méristèmes des plantes en sont aussi constitués. De manière plus globale, tous les organismes pluricellulaires possèdent des cellules souches.

Les cellules souches animales et en particulier les cellules souches humaines font l'objet de beaucoup de recherches actuellement, notamment en médecine en vue de régénérer des tissus voire de créer de toute pièce des tissus et organes: c'est l'objectif de la thérapie cellulaire. L'origine des cellules souches utilisées dans la recherche pose aussi des problèmes d'éthique: en effet, elles proviennent majoritairement d'embryons, bien qu'on ait récemment découvert la possibilité d'utiliser d'autres sources, comme les cellules du sang de cordon ombilical, ou les cellules souches du tissu adipeux. Lorsqu'elles permettent la recherche sur les cellules-souches, les normes juridiques limitent celle-ci aux cellules provenant des embryons surnuméraires, issus des procédures de procréation médicale assistée (PMA), prohibant en particulier la seule création d'embryons à des fins de recherche. De plus, étant donné les avantages potentiels qu'elles semblaient présenter, des expérimentations de clonage thérapeutique se sont développées pour en maîtriser la fabrication en grand nombre.

Sommaire 1 Différents types de cellules souches 1.1 Cellules souches pluripotentes 1.2 Cellules souches multipotentes 1.2.1 Intérêt en recherche 1.2.2 Applications thérapeutiques 2 Origine des cellules souches 2.1 Cellules souches embryonnaires 2.2 Cellules souches fœtales 2.3 Cellules souches adultes 3 L'usage des cellules-souches en France et l'évolution du droit 4 Politique et droit aux Etats-Unis 5 Notes et références 6 Annexes 6.1 Articles connexes 6.2 Liens externes 6.3 Bibliographie

Différents types de cellules souches

On distingue plusieurs types de cellules souches selon leurs capacités de différenciation :

• Les cellules souches totipotentes : ovule fécondé ou cellules issues des premières divisions de cet œuf jusqu'au quatrième jour (morula de 2 à 8 cellules). Ces cellules sont les seules à permettre le développement d'un individu complet à condition d'être placé in-vivo pour permettre une orientation de l'embryon impossible in-vitro. C’est seulement à ce stade que peut s'opérer un clonage reproductif (vrais jumeaux) par scission embryonnaire. Étymologiquement totipotence signifie "tout pouvoir" indiquant que théoriquement ces cellules peuvent être différenciées en tout type cellulaire de l'organisme qu'elles devaient conduire à former (cellules épithéliales, neuronales, hépatiques...).

• Les cellules souches pluripotentes dont font partie les cellules ES (embryonnaires souches) : les cellules ES ne peuvent pas produire un organisme entier, mais peuvent se différencier en cellules issues de n'importe lequel des 3 feuillets embryonnaires, y compris les cellules germinales. Elles ne peuvent à elles seules aboutir à la création d’un individu complet. Elles proviennent en effet de la masse cellulaire interne du blastocyste (au stade de 40 cellules) alors que le placenta qui nourrit l’embryon et le protège de tout rejet par le système immunitaire est produit par la couche cellulaire externe (ou trophectoderme). Elles ont vocation à former tous les tissus de l'organisme, mais ne peuvent pas, seules, être à l'origine de l'être humain. Le clonage reproductif à partir des cellules ES n'est pas possible.

• Les cellules souches multipotentes : présentes dans l'embryon ou dans l’organisme adulte, elles sont à l’origine de plusieurs types de cellules différenciées mais conservent leur capacité à s'autorenouveler. Les cellules souches multipotentes peuvent donner naissance à plusieurs types de cellules, mais elles sont déjà engagées dans une certaine direction. On dit que ce sont des cellules déterminées. Leurs potentialités sont donc plus restreintes que celles des cellules ES. Les cellules hématopoïétiques des mammifères, par exemple, donnent des globules rouges, des plaquettes, des lymphocytes T ou B, des macrophages, mais elles ne peuvent pas donner des cellules musculaires. Un autre exemple de cellules souches multipotentes est apporté par les cellules de la crête neurale qui émigrent du tube neural au cours de l'embryogénèse et qui donnent notamment naissance aux mélanocytes, aux neurones et aux cellules gliales du système nerveux périphérique.

• Les cellules souches unipotentes ne peuvent produire qu'un seul type cellulaire (tout en s'autorenouvelant) comme la peau, foie, muqueuse intestinale, testicule. Certains organes, tels que le cœur et le pancréas, ne renferment pas de cellules souches et n’ont donc aucune possibilité de régénération en cas de lésion.

Il faut prendre garde à ne pas utiliser le terme de « cellule souche » pour les cellules qui, bien qu'étant capables de se différencier en un ou plusieurs types cellulaires, ne peuvent pas s'autorenouveler de manière virtuellement infinie. C'est le cas notamment de la cellule-œuf fécondée et des premières cellules embryonnaires, ainsi que des « cellules progénitrices », très fréquentes dans l'organisme qui ont des capacités de division limitées.

Note: beaucoup d'auteurs considèrent qu'il n'existe pas de cellules souches multi- ou unipotentes: il s'agirait plutôt selon eux soit de cellules progénitrices, soit de cellules souches dont les capacités de différenciation ont été sous-estimées. En outre, certains auteurs utilisent le mot totipotence avec le même sens que pluripotence ; stricto sensu les cellules totipotentes (animales) ne peuvent être considérées comme étant des cellules souches, mais seulement comme des cellules indifférenciées.

Cellules souches pluripotentes

En 2009, la NEDO ^[1] a au Japon annoncé^[2] un programme de R&D (partenariat public/privé) de plus de 40 millions d'€ (5,5 milliards de yens) sur 5 ans, sur les « cellules souches pluripotentes induites » (iPs) humaines, avec un triple objectif.

1. développer une production efficace et sûre de cellules iPs (les méthodes actuelles génèrent un risque oncogène et les rétrovirus utilisés peuvent aussi infecter les cellules avec leur propre matériel génétique.
2. améliorer le tri et le contrôle de qualité de ces cellules et comprendre quels types de cellules iPs associer à quels besoins, pour une production plus standardisée et automatisée. Plus de 500 sortes de cellules iPs devraient dans ce cadre être comparées, entre elles et avec d'autres sortes de cellules souches.
3. doter la recherche pharmaceutique de nouvelles méthodes de criblage. Des cellules iPS seront recherchées pour produire du tissu cardiaque humain, que les toxicologues ou écotoxicologues pourront tester vis à vis de divers médicaments ou composés chimiques, par exemple poru anticiper d'éventuels effets secondaires sans attendre une phase de tests cliniques.

Cellules souches multipotentes

Ces cellules présentent trois caractéristiques:

• elles peuvent se répliquer indéfiniment en culture tout en conservant, dans des conditions appropriées, leur caractère indifférencié et multipotent;
• elles sont normales du point de vue génétique (ni mutations, ni anomalies chromosomiques) ;
• elles peuvent, en culture de laboratoire, à certaines conditions, se différencier en plus de 200 types de tissus (cellules nerveuses, sanguines, de cartilage, etc.)

Intérêt en recherche

• Étude moléculaire sur l’embryon humain à son tout premier stade de développement.
• Intérêt de telles lignées cellulaires pour étudier le processus de développement biologique dès sa phase initiale et discerner ainsi jusqu’où remontent les défauts qui sont à l’origine d'anomalies chromosomiques comme le syndrome de Down (ou « trisomie 21 »).
• Ces cellules, par certaines de leurs caractéristiques (vitesse de division, réactions biochimiques, expressions de gènes), s’apparentent de près à des cellules précancéreuses. Elles constituent donc, par leur état instable, un modèle intéressant pour aborder une situation dans laquelle une cellule peut basculer vers l’état cancéreux, en parallèle avec la recherche génomique.
• La recherche sur les cellules souches pluripotentes humaines peut en outre induire des changements importants dans le mode de développement des médicaments et permettre de tester ceux-ci de façon saine et sûre en les testant sur des variétés cellulaires beaucoup plus nombreuses.

Applications thérapeutiques

• Les cellules souches pluripotentes sont potentiellement pour les praticiens une source théoriquement illimitée de tissus ou de cellules spécifiques. On espère ainsi pourvoir élargir le champ des interventions de la thérapie cellulaire à des maladies du type Alzheimer, Parkinson, maladies de la moelle osseuse, crises cardiaques ou cérébrales, brûlures, diabète, ostéoarthrite ou encore arthrite rhumatoïde.
  On espère que ces cellules puissent suppléer les cellules détruites (ischémie, irradiation, autodestruction, chimiothérapie, ...) ou pallier des déficits fonctionnels cellulaires (Parkinson, enzymopathies, etc.).
• Les cellules souches pourraient également contribuer au développement du génie tissulaire. Elles ont prouvé leur capacité à produire les quatre types de fibres musculaires existants et pourraient donc être implantées sur le substrat tissulaire ou sur le muscle lisse des vaisseaux sanguins du cœur.
• Les espoirs de thérapie génique sont nombreux :
  • La première s’appliquerait à des tissus ou organes anormaux par suite de la présence d’un gène muté, chez des individus jeunes ou adultes.
  • La seconde consisterait dans la correction, par thérapie génique somatique, d’une anomalie génique portée par les parents et transmise à l’œuf fécondé. L’objectif serait que l’enfant ne présente pas la maladie résultant de l’anomalie génique de ses parents.
  • La troisième vise à corriger une anomalie génique par clonage intra-couple, c’est-à-dire à obtenir une guérison définitive par la voie du clonage : clonage à partir d’ovocytes de la femme par transfert de noyaux de cellule, corrigés et provenant d’un blastocyste du couple. Cette solution est la seule qui permette d’éliminer définitivement et à coup sûr l’anomalie génique, tout en créant un œuf reconstitué à partir des génomes des deux parents. Il s’agit à la fois d’un clonage et d’une thérapie germinale, mais à l’intérieur du couple. C’est dire que l’embryon ayant servi à produire les cellules ne sera pas sacrifié mais aura, au contraire, ses chances de conduire à la naissance d’un enfant indemne de l’anomalie.

Origine des cellules souches

Pour les recherches scientifiques ou médicales, les cellules souches humaines (et plus généralement de mammifères) peuvent aussi être classées par rapport à leur origine : embryonnaire, fœtale ou adulte.

Les équipes de James Alexander Thomson aux États-Unis (sur des blastocystes humains) et de Shinya Yamanaka au Japon (cellules de souris) ont réussi en 2007 à dédifférencier des cellules adultes en cellules souches embryonnaires par transformation génétique. Ceci pourrait marquer une avancée importante, puisqu'elle permettrait la recherche sur les cellules souches embryonnaires sans utiliser d'embryons à cette fin.

Cellules souches embryonnaires

Aussi appelées « cellules ES » (de l'anglais embryonic stem, « souches embryonnaires »), ce sont des cellules souches pluripotentes présentes dans l'embryon peu de temps après la fécondation jusqu'au stade de développement dit de blastocyste où elles constituent encore la masse cellulaire interne (les autres cellules du blastocyste sont les cellules du trophectoderme).

Ces cellules sont à l'origine de tous les tissus de l'organisme adulte et sont ainsi pluripotentes. Elles peuvent être isolées et cultivées in vitro à l'état indifférencié. Dans des conditions de cultures précises (mise en suspension, facteurs de croissance particuliers...), on peut orienter leur différenciation vers un type cellulaire donné (neurones, mélanocytes, cellules musculaires, cellules sanguines...).
Les cellules souches embryonnaires ont été isolées et cultivées chez la souris à partir du début des années 1980 et ont permis de mettre au point la technique d'invalidation de gène par recombinaison homologue (ou knock-out) qui permet, après réintroduction de ces cellules mutées dans un embryon receveur et des croisements, d'obtenir des souris homozygotes pour une mutation dans un gène donné.

Elles sont en pratique prélevées à partir des cellules de la masse interne du blastocyste (un embryon faisant moins de 150 cellules), ce qui nécessite la destruction de l'embryon. Elles peuvent être obtenues à partir d'embryons surnuméraires congelés, issus d'une fécondation in vitro, ou par clonage (par transfert du noyau d'une cellule dans un ovule préalablement privé du sien).

Ces cellules pourraient permettre la mise au point d'une thérapie cellulaire à de nombreuses pathologies dégénératives (par exemple régénération des neurones à dopamine lésés dans la maladie de Parkinson après réintroduction dans le cerveau, réparation du tissu musculaire cardiaque endommagé après un infarctus...).

Les recherches sur les cellules souches embryonnaires ne sont actuellement pas très avancées, principalement pour des raisons éthiques et légales. La recherche liée aux cellules souches embryonnaires humaines est controversée du fait de la destruction ^{[réf. nécessaire]} d'un embryon.

Cellules souches fœtales

Une cellule souche fœtale est un type de cellule souche multipotente d'origine fœtale. Elles peuvent être prélevées sur des fœtus issus d'une interruption volontaire de grossesse. Les cellules souches fœtales ont la particularité d'être déjà orientées vers un type cellulaire particulier.

Cellules souches adultes

Les cellules souches adultes sont des cellules indifférenciées que l'on trouve au sein de tissus qui sont composés en majorité de cellules différenciées dans la plupart des tissus et organes adultes. Ce sont généralement des cellules multipotentes. Elles sont capables de donner naissance à différentes lignées cellulaires d'un tissu donné. Elles sont la base du renouvellement naturel d'un tissu et de sa réparation à la suite d'une lésion.

Elles sont déjà utilisées dans des traitements de plus d'une centaine de maladies ^{[réf. nécessaire]}. Elles sont qualifiées de « somatiques » (du grec σωμα sōma = le corps), par opposition aux cellules germinales, et peuvent être trouvées non seulement chez les adultes, mais aussi chez les enfants et même dans le cordon ombilical.

L'usage des cellules-souches en France et l'évolution du droit

La loi de bioéthique de 1994 a prohibé la recherche sur les embryons et les cellules-souches embryonnaires humaines ^[3]. La révision de cette loi, en 2004, a abouti à proroger cette interdiction, tout en émettant une dérogation de 5 ans. L'Agence de biomédecine a été chargée de délivrer ces dérogations dans des cas spécifiques « susceptibles de permettre des progrès thérapeutiques majeurs » et s’il n’existe pas de « méthode alternative d’efficacité comparable » ^[3]. Ce régime juridique, sans équivalent dans le monde, a permis notamment un temps de réflexion afin de mieux comprendre les possibilités offertes par ce type de recherche, sans toutefois les légaliser ipso facto.

Dans le cadre de la révision des lois de bioéthique, le Conseil d'Etat a rendu en mai 2009 un avis préconisant l'autorisation de la recherche sur les cellules-souches embryonnaires humaines, en reconnaissant qu'elles ont « un intérêt thérapeutique, même si des alternatives prometteuses se développent » ^[4],[5]. Si le moratoire temporaire préconisé par les normes précédentes lui paraissent « un obstacle au plan scientifique », le Conseil d'Etat préconise toutefois de conserver le même régime d'autorisations, en ne permettant que la recherche sur les cellules-souches provenant d'embryons surnuméraires lorsqu' « elles sont susceptibles de permettre des progrès thérapeutiques majeurs » ^[5].

Politique et droit aux Etats-Unis

Après l'Amendement Dickey (en) de 1995, interdisant l'utilisation de fonds fédéraux pour la création d'embryons humains dédiés à la recherche, le président George W. Bush a restreint sévèrement (sans l'interdire catégoriquement), via un ordre exécutif, toute recherche utilisant des cellules-souches. Cette politique a été annulée par le président Barack Obama en juillet 2009 ^[6]. Comme en France, les nouvelles règles établies par le National Institute of Health limitent la recherche sur les cellules-souches à celles provenant d'embryons surnuméraires issus de PMA, et pour lesquels les donneurs (non payés) ont donné leur consentement à cet usage scientifique ^[6]. Cette décision a été applaudie par la bioéthicienne Alta Charo (en), l'un des soutiens majeurs de la recherche sur les cellules-souches ^[6].

Notes et références

Annexes

Articles connexes

• Cellule souche animale en biologie
• Bioéthique

Liens externes

Bibliographie

• Conseil d'Etat (2009), La révision des lois de bioéthique, étude adoptée par l'assemblée générale plénière le 9 avril 2009, La Documentation française.
• Pierre-Louis Fagnez (2006), « Cellules souches et choix éthiques », rapport au Premier ministre, La Documentation Française.
• Alain Claeys et Claude Huriet (2000), « Clonage, thérapie cellulaire et utilisation thérapeutique des cellules embryonnaires ». Rapport de l'Office parlementaire des choix scientifiques et technologiques, 23 février 2000 [lire en ligne]
• "Les cellules souches adultes. Quel droit pour quelles perspectives ?", Actes du colloques organisé par le Master 2 Droit des biotechnologies • Université d'Évry-Val-d'Essonne, 2 février 2007, Revue générale de droit médical, numéro 24, septembre 2007, ed. Les Etudes Hospitalières, ISSN : 1297-0115.
• Axel Kahn et Dominique Lecourt, Bioéthique et liberté, PUF/Quadrige essai, Paris, 2004.
• Dominique Lecourt (dir.), Dictionnaire de la pensée médicale (2004), réed. PUF/Quadrige, Paris, 2004 ^{[réf. incomplète]} .

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