Comme son nom l’indique, une cellule souche est à l’origine de toutes les autres, c’est-à-dire qu’elle peut donner naissance à une grande variété de types cellulaires (voir figure ci-dessous). Son nom provient du terme « stem cell », qui veut dire «cellule tronc/tige/pousse». Le terme souche renvoie donc à deux valeurs, « l’une statique comme la souche d’un arbre et l’autre dynamique, végétative, c’est-à-dire support de vie et de transformation vitale » comme le dit le linguiste lexicographe Alain Rey.
En fonction du nombre de variétés qu’elle peut donner, on distingue 3 grandes familles de cellules souches : du plu
s grand vers le plus petit nombre de variétés, totipotentes, pluripotentes, multipotentes. De façon non exhaustive, on trouve à l’heure actuelle des cellules souches dans le sang, la peau, les muscles, l’intestin, le poumon, le foie, les reins, l’œil, certains endroits du système nerveux central (bulbe olfactif, hippocampe). Pour en savoir plus sur l’origine des cellules souches et le nombre de types cellulaires auxquels elles peuvent donner naissance, voir l’encart ci-contre. 
Des cellules souches, mais pour quoi faire exactement ?
Les cellules souches peuvent se spécialiser dans divers types cellulaires : sang, peau, neurones, cœur…Etant donné ce potentiel, les scientifiques veulent non seulment comprendre le fonctionnement de ces cellules dans le corps humain et en laboratoire, mais aussi ont comme but thérapeutique d’utiliser les cellules souches vers 3 applications différentes :
1. Afin de créer une variété très large de cellules humaines dans le but de (mieux) tester l'efficacité de nouveaux traitements contre des maladies variées. Ainsi, tel médicament à visée de guérison pour telle maladie sera testé sur des cellules humaines d’un type adapté. Un exemple : pour tester des molécules ou un traitement pour guérir de la maladie de Parkinson, il faudrait pouvoir utiliser des neurones dopaminergiqu
es humains (comme ceux qui dégénèrent dans la substance noire des patients atteints de cette maladie).
2. En tant que « kit de réparation », le but étant d’injecter ces cellules afin de réparer des parties du corps lésées, ceci s’applique tout particulièrement à la réparation des lésions de la moelle épinière ou des défauts des cellules musculaires du cœur.
3. Afin de créer des transplants qui pourront être utilisés pour remplacer des parties du corps endommagées. Ceci est encore loin d’être trouvé, mais on peut imaginer que des tissus de grande taille ou même des organes pourraient être créés à partir de cellules souches dans le but d’un remplacement dans le corps humain.
Que manquent-ils donc à ces cellules pour qu’elles puissent être utilisées chez l’homme en thérapie?
La recherche sur les cellules souches est toujours très active car de nombreuses questions ne sont pas encore résolues, mais en bonne voie d’exploration. Par exemple, on sait différencier les cellules souches en divers types cellulaires spécialisés, mais on en connait très peu le sort de ces cellules lorsqu’elles sont injectées/implantées dans un tissu vivant. Leur état différencié en un type particulier est-il maintenu sur du long terme ? Comment peut-on être certain qu’elles n’engendreront aucun cancer (la frontière entre multiplication infinie et cancer est très fine).
quatre gènes (Oct3/4, Sox2, c-Myc, and Klf4) par le biais d’un virus (pratique courante de laboratoire pour ‘’ajouter ‘’ un gène) suffit à transformer ces cellules en cellules souches, c’est-à-dire en cellule qui peut se transformer par la suite en une très grande variété de types cellulaires. Pourquoi ces quatre gènes là ? Ils ont consciencieusement recherché des ‘’facteurs de maintenance de la pluripotence ‘’ et ont abouti à cette combinaison. Après avoir réussi à transformer des cellules de souris, Takahashi et Yamanaka ont donc poursuivi leurs efforts, et avec leurs collaborateurs, ont réussi à transformer des cellules adultes en cellules souches, chez l’homme, fin 2007. Ils ont utilisés deux sortes de fibroblastes chez l’homme: certains issus de la peau de visage d’une femme de 36 ans et d’autres issus de tissu synovial (tissu conjonctif qui 
tapisse les articulations) d’un homme âgé de 69 ans. Ils ont nommées ces cellules ainsi transformées en cellules souches iPS pour ‘’induced pluripotent stem cells’’ –traduisez cellules souches induites. Ils ont ensuite comparé ces cellules iPS avec les cellules souches embryonnaires humaines. Ils ont testé si les iPS avaient le pouvoir de se transformer (in vitro) en une très large palette de types cellulaires (comme le sont les cellules souches embryonnaires) et la réponse fut oui. Ils ont également comparé la formation de tératomes (cancers) à partir de ces cellules et n’ont trouvé aucune différence par rapport aux cellules embryonnaires souches humaines.C’est vraiment une découverte extraordinaire qui pourrait mettre de côté les débats éthiques sur le travail sur les embryons, puisqu’ici, il n’est plus question d’utiliser des embryons, mais bien de prélever sur une personne adulte des cellules de peau ou de cartilage. Mais, comme dans toute découverte, il y a forcément des choses à améliorer… En effet, le fait que les vecteurs s’intègrent de façon permanente au génome de la cellule pose quelques problèmes. Ainsi, ils peuvent provoquer des mutations qui interférent avec la fonction normale des cellules induites, la spécialisation en une cellule de type non voulu et même induire des tumeurs. Mais la nouvelle est tout de même de taille : faire des cellules souches types « embryonnaires » sans utiliser d’embryon ! Mais lisez la suite…et vous verrez que la science sur ce sujet va à toute vitesse.
Et maintenant encore plus fort… ! Des cellules souches induites sans modification permanente du génome
Comme expliqué au dessus, les cellules souches induites à partir de cellules de peau, le sont (induites) par manipulation génétique. La course pour essayer de modifier les est amorcée. Pas plus tard que 2 ans après la grande découverte de James Thomson, deux équipes (au moins) ont inventé des méthodes afin de remédier à ce défaut.
Utilisation d’un plasmide. Du nouveau d’il y a quelques jours publié ‘’online’’ (c’est-à-dire par internet et avant la publication papier), dans la revue scientifique très célèbre « Science » datée du
26 mars 2009 : James Thomson, chercheur Etats-Uniens, de l’état du Wisconsin, a réussi à induire des cellules souches humaines pluripotentes sans aucun vecteur viral ; ils ont d’ailleurs déposé un brevet concernant cette méthode. Cette méthode utilise comme vecteur un plasmide, et non un virus comme expliqué ci-dessus, pour transporter les gènes nécessaires à la reprogrammation des cellules adultes de la peau en cellules souches. Pourquoi est-ce mieux ? Le plasmide est un bout de génome circulaire qui ne s’insère pas dans le génome des cellules. Encore mieux, une fois l’effet des gènes obtenu, les cellules seront même débarrassées de ce morceau d’ADN. En effet, puisque ce plasmide n’est pas intégré, il va même disparaître des cellules….si la sélection des clones est adéquatement réalisée. Ces chercheurs ont comparé ces cellules iPS induites par plasmides aux cellules embryonnaires souches humaines (la référence ; c’est-à-dire, les cellules qu’il faudrait réussir à égaler) et ont trouvé qu’elles possédaient de nombreuses similarités (même caryotype, même marqueurs spécifiques cellulaires de surface, et pouvant se différencier en tératomes). Ils ont même testé la continuation de la réplication (la continuation de la multiplication des cellules) d’une de leur colonie de cellules, et ce, pendant 7 mois et n’ont constaté aucune anomalie. Mais qu’est-ce que 7 mois par rapport à toute une vie, vous étonnerez-vous peut-être ? Ce n’est pas une preuve, mais c’est un très bon début.Bien sûr, à nouveau, il faut s’assurer maintenant de la bonne. Mais il est à parier que la course à la recherche d’une cellule souche qui égalerait une cellule souche embryonnaire est bien amorcée !
Source : Takahashi K. et Yamanaka S., 2006, Cell. Aug 25;126(4):663-76.
Takahashi K. et al., 2007, Cell Nov 30;131(5):861-72
Yu et al., 2009, www.sciencexpress.org, Science, Mar 26. [Epub ahead of print]
Utilisation d'une ruse de manipulation génétique. Dans la très célèbre revue Cell de ce mois de mars, l’équipe de Rudolf Jaenisch, à Cambridge, dans le Massachusetts a également réussi par une autre méthode à transformer des cellules humaines induites pluripotentes à être dépourvues des gènes qui ont conduit à leur pluripotentialité. En effet, par une astuce de construction génétique, qui fait s’exciser seul les gènes, cette équipe a pu transformer des cellules de peau de patients atteints de la maladie de Parkinson et les reprogrammées en neurones dopaminergiques.
Source : Solner et al., 2009, Cell, mar 6, 136(5):964-77
Le foisonnement des recherches scientifiques sur les cellules souches est grand, très grand, surtout chez l’animal, mais un peu en cours chez l’homme.
Chez l’homme, la greffe de cellules souches de sang de cordon a déjà prouvé son effet en traitant de nombreux cas de leucémies ou de déficiences de la moelle osseuse (partie interne de certains os dans lesquels se fabriquent les cellules sanguines) chez l’enfant. En raison du petit volume de cellules obtenu sur le cordon, les greffes sont plus difficiles chez l’adulte mais l’implantation de plusieurs greffons se réalise actuellement. Des méthodes visant à multiplier les cellules présentes font l’objet de recherche, encore infructueuse à l’heure actuelle, car les cellules ne sont pas encore sans danger (cancer possible).
Les études sont en cours chez l’animal pour traiter des maladies neurodégénératives (Parkinson, Alzheimer…) ou de la paralysie. Toutes n’ont pas données des résultats enthousiasmant, mais c’est bien ainsi que la science avance…échec, erreur, tentative, succès, confirmation, traitement, amélioration du traitement…
Les cellules souches du sang de cordon ombilical
Cellules souches de sang de cordon d’une sœur à un frère. La France est le premier pays à avoir réalisé une greffe cellules souches de sang de cordon (auparavant, les greffes de moelle osseuse
étaient privilégiées). Les cellules de sang de cordon sont moins source de rejet, même si leur utilisation thérapeutique n’exclue pas l’usage d’immunosuppresseur. En effet, ces cellules de sang expriment moins d’antigènes d’histocompatibilité qui sont extrêmement importants, car c’est en fonction de leur présence qu’un individu pourra reconnaître les cellules souches comme étrangères par son système immunitaire. Toute reconnaissance d’un antigène étranger déclenche un mécanisme de rejet, plus ou moins intense et plus ou moins précoce.C’est en 1988, à l’hôpital Saint Louis, à Paris, que le professeur Eliane Gluckman, traita et sauva le grand frère Christophe atteint d’un cas rare d’insuffisance de moelle osseuse (l’anémie de Fanconi) au moment de la naissance de Marie, sa petite sœur. Christophe est toujours en vie et très bien portant. Le professeur a reçu le prix de la légion d’honneur en 2006 pour cet acte et sa carrière. Depuis, plus de 6000 greffes de sang de cordon ont été réalisées à travers le monde. La greffe de sang de cordon est aujourd’hui une alternative efficace à la greffe de moelle osseuse, mais restreinte pour l’instant à l’enfant, car les volumes de cellules sont très petits et engendre un nombre de cellules sanguines récupérées faible. Cela dit, la possibilité de greffer chez un adulte n’est pas ajournée, de nombreuses recherches s’y penchent : la greffe de plusieurs sangs de cordon en même temps, une expansion in vitro du nombre de cellules à réinjecter...
Données chez le rat, un espoir pour les patients atteints de paralysie de la moelle épinière.
Dans le laboratoire de reprogrammation cellulaire du Centro de Investigacion Principe Felipe en Espagne* ont transplanté des cellules souches progénitrices de cellules de la moelle épinière chez le rat modèle de lésions de la moelle épinière (par contusion). L’activité motrice de ces rats est significativement améliorée une semaine après la lésion. Ces résultats ont été publiés ce mois-ci dans la revue Stem Cells.
Les lésions de la moelle épinière touchent à peu près 2 millions de personnes dans le monde…pas assez pour que les entreprises pharmaceutiques s’y intéressent vraiment. Alors seules les fondations privées comme la Dana and Christopher Reeve Foundation (oui, celle de Super Man) ou Wings for Life http://www.wingsforlife.com/index.php et d’autres, se lancent au soutien financier de recherches prometteuses dans le domaine de la guérison de la paralysie de la moelle épinière. Autant vous dire que tous ces patients sont très attentifs aux progrès faits sur les cellules souches et que l’espoir est grand, même s’il est délibérément contraint. D’autres patients atteints de maladies également dépourvues d’intérêt financier pour le marché pharmaceutique sont à l’écoute.
Source : Moreno-Manzano et al., 2009. Stem Cells, Vol. 27 No. 3 March, pp. 733 -743
Données chez le rat, du nouveau pour le traitement de la maladie de Parkinson
Des neurones iPS, c’est-à-dire crées à partir de cellules de la peau et différentiées en neurones dopaminergiques ont été implantés chez le rat adulte, modèle de la maladie de Parkinson et ont montré des améliorations comportementales. Les risques de tumorigénèse ont été minimisés mais ne sont pas nuls.
Source : Wernig et al., 2008, PNAS Apr 15;105(15):5856-61. Epub 2008 Apr 7
Un pari sur l’avenir, une disponibilité immédiate : le marché du sang de cordon ombilical… oui, mais pas pour les Français !
Aux USA, un marché foisonne ; plusieurs entreprises se le partagent et auraient plus de 2.5 millions de clients. Les femmes enceintes sont sollicitées par ces entreprises qui leur proposent de garder soigneusement, dans un endroit adapté –une banque- les cellules du sang de cordon ombilical. Pourquoi ? Parce que ces cellules san
guines renferment un potentiel : elles contiennent une source importante de cellules souches. Ces cellules souches hématopoïétiques (précurseurs des cellules sanguines) sont parfaitement compatibles avec le bébé et peuvent parfois l’être également avec la fratrie, un parent voire même d’autres membres de la famille. La méthode est simple. Entre l’expulsion de bébé et avant la délivrance du placenta, une aiguille reliée à une tubulure puis une poche de prélèvement déverse le sang du cordon. En effet, le cordon est principalement composé de 2 artères et d’une veine. Ces cellules sanguines sont ensuite stockée dans de l’azote liquide; ce qui entraîne une durée de vie quasi illimité à ces cellules. Ces cellules sont donc destinées à un usage personnel ou intra-familial. Même si la science d’aujourd’hui ne permet « que » de greffer ces cellules en cas de leucémie (cancer du sang) ou autres hémopathies (maladies du sang) et principalement chez l’enfant, l’espoir en la technologie futur est grand. Certains se disent également que même si le pourcentage est très faible d’avoir un (autre) enfant atteint d’une leucémie ou hémopathie, la conservation en vaut tout de même la peine ?L'image est tirée du site de CellSafeinternational
Pour en savoir plus sur le sang de cordon ombilical en France:
Gare aux menteurs ! L’affaire du mensonge de clonage de cellules souches du chercheur Hwang
En mai 2005, la très célèbre revue scientifique ‘’Science’’ publie un article d’une extrême nouveauté qui fait retentir le monde entier : l’équipe du chercheur Coréen Woo Suk Hwang décrit la création de 11 lignées de cellules souches embryonnaires humaines réalisées par clonage à partir de prélèvement de peau de 9 patients atteints soit de maladies héréditaires, soit de lésion de la moelle épinière ; chaque lignée étant spécifique d’un patient. En décembre 2005, suite à un e-mail anonyme et à des affirmations d
e trucages, une commission de l’université nationale de Séoul enquête et dément ces clonages : ‘’ les lignées (…) ne correspondent pas à des cellules de patients mais sont des cellules d'ovules ‘’. De héros national, le professeur Hwang est passé en quelques mois à celui d’imposteur déclenchant un scandale immense. Après avoir présenté son mea culpa devant la communauté scientifique, il démissionne de son poste de professeur à l'Université de Corée du Sud et se déclare victime d’une machination et que quelqu’un a falsifié ses travaux.
Alors info ou intox ? Une chose est certaine : les temps sont extrêmement durs pour les chercheurs, la concurrence entre les différents laboratoires scientifiques induit des effets pervers ; là, poussés à leurs extrêmes. Il faut publier des résultats très nouveaux et ce dans les plus grandes revues…même si la déontologie est oubliée et les résultats arrangés…Cette affaire a bouleversé l’ensemble des communautés scientifiques du monde entier, qui ont reconnu là leur pression continuelle, mais les limites que la plupart d’entre eux ne veulent …évidemment pas dépasser.
Source de la photo : Lee Jin-Man
Et la bioéthique dans tout cela ?
Evidemment, la recherche sur les embryons fait parler et tout le monde –ou presque- possède un avis sur ce thème délicat. La recherche en France sur l’embryon est interdite depuis la loi de bioéthique (2004) mais autorisée avec dérogation dans certaines conditions pour une période probatoire de 5 ans.
Comme cité plus haut, les banques privées de sang de cordon ombilical n’existe pas à l’heure actuelle, ni même un système de don ou de collecte de ces sang. Le débat éthique, s’il est porté aux yeux et aux oreilles de tous est donc loin d’être fini.
Sources : http://www.inserm.fr/fr/questionsdesante/dossiers/cellules_souches/index.html/ et http://www.assemblee-nationale.fr/
Aux USA, la recherche sur les embryons n’était pas autorisée pendant les deux mandats du Président Bush- seules l’utilisation des cellules embryonnaires souches de provenance bien établie et obtenue avant cette loi était autorisée. Avec le nouveau président Obama, du nouveau a été autorisé très récemment. Le 23 janvier de cette année 2009, la FDA (Food and Drug Administration, agence de l’alimentation et des médicaments) a autorisé le groupe Géron (une entreprise de biotechnologie localisée en Californie) à entreprendre des tests cliniques utilisant des cellules souches embryonnaires humaines sur des patients atteints de lésions sévères de la moelle épinière. Cette thérapie, nommées GRNOPC1, fait suite à des recherches menées in vitro puis chez le rat ou ils ont montré que des animaux ayant subi des lésions de la moelle épinière dans lesquels avaient été implantés des cellules souches humaines modifiées en un type particulier de cellules du système nerveux central, des oligodendrocytes, retrouvaient une grande mobilité et coordination motrice, force musculaire, publié en 2005 dans le Journal of Neuroscience. A suivre…
Source : http://www.geron.com/grnopc1clearance/
Conclusions
Je terminerais ce petit dossier sur les cellules souches en traduisant les mots du Professeur Douglas Melton de Harva
rd, qui a donné cet automne une ‘’Discovery Lecture’’ (conférence sur les nouvelles découvertes), à Harvard University. Il travaille sur les cellules souches embryonnaires. Son but est de créer des cellules pancréatiques de type béta et de les injecter aux patients diabétiques de type 1. En effet, ces cellules sont détruites par le système immunitaire de ces patients. « Nous aimerions que les gens savent que ces recherches sont faites de façon éthique. Nous voudrions que personne ne pense qu’aux vues des dernières découvertes sur les cellules souches de janvier dernier [Il fait là référence à la découverte des cellules souches induites (iPS) à partir de cellules de peau -expliquées plus haut] une cure sera obtenue cet été ou même d’ici à très peu d’années. Ces traitements prennent des années de recherche. Mais puisqu’il faut des années de recherche, pourquoi ne pas commencer maintenant ? ».
Ce dossier a été réalisé avec l’aide des articles et sites suivants :
http://stemcells.nih.gov/info/health.asp
http://www.futura-sciences.com/fr/definition/t/vie/d/cellule-souche_110/
http://www.univ-rouen.fr/ABISS/L1/WEB/CELL-SOU/Pages/cellulessouches.html
http://health.usnews.com/blogs/heart-to-heart/2009/03/04/why-embryonic-stem-cells-are-obsolete.html
http://stemcells.alphamedpress.org/cgi/reprint/stemcells.2008-1044v1.pdf
http://www.genethique.org/parus/lettres/2008/novembre.asp.
http://www.erudit.org/revue/MS/2003/v19/n6-7/006815ar.html
http://science-citoyen.u-strasbg.fr/dossiers/souches/html/partie4/index.html
http://lesrapports.ladocumentationfrancaise.fr/BRP/064000623/0000.pdf
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