Les cellules souches sont les cellules responsables de la production de nouvelles cellules. Elles sont importantes pour la croissance, le remplacement et la réparation. Nous vous donnons ici un bref aperçu des différents types de cellules souches avant de comparer les progrès réalisés en matière de thérapies pour les patients, ainsi que les défis ou les limites qui doivent encore être relevés.
Que sont les cellules souches ?
Les cellules souches sont le réservoir naturel de l'organisme pour la croissance et la réparation des cellules. Elles remplacent les cellules spécialisées qui ont été perdues à cause de l'usure ou des dommages.
Nous devons constamment fabriquer de nouvelles cellules pour que notre corps continue à fonctionner. Certaines cellules spécialisées (comme les cellules sanguines et musculaires) sont incapables de produire de nouvelles copies d'elles-mêmes par division cellulaire. Elles doivent donc être reconstituées à partir de populations de cellules souches.
Les cellules souches ont la capacité unique de produire à la fois des copies d'elles-mêmes (auto-renouvellement) et d'autres types de cellules plus spécialisées (différenciation) lorsqu'elles se divisent. La voie qu'elles suivent dépend des besoins de l'organisme.
Les cellules souches sont essentielles au maintien de tissus tels que le sang, la peau et l'intestin, qui subissent un renouvellement continu (remplacement des cellules), et des muscles, qui peuvent être construits en fonction des besoins de l'organisme et sont souvent endommagés lors d'un effort physique.
Qu'est-ce qui rend les cellules souches uniques ?
Les cellules souchesne sont pas spécialisées. Contrairement à un globule rouge, qui transporte l'oxygène dans la circulation sanguine, ou à une cellule musculaire qui travaille avec d'autres cellules pour produire un mouvement, une cellule souche n'a pas de propriétés physiologiques spécialisées. Ces cellules sont dites indifférenciées.
Les cellules souches peuvent se diviser et produire des copies identiques d'elles-mêmes à plusieurs reprises. Ce processus est appelé auto-renouvellement et se poursuit tout au long de la vie de l'organisme. L'autorenouvellement est la deuxième des trois propriétés qui définissent les cellules souches. Les cellules spécialisées telles que le sang et les muscles ne se répliquent normalement pas en produisant des copies d'elles-mêmes. Cela signifie que lorsqu'elles sont gravement endommagées par une maladie ou une blessure, elles ne peuvent pas se remplacer.
The third defining property of stem cells is the ability to produce more specialised cell types within the body. La troisième propriété déterminante des cellules souches est leur capacité à produire des types de cellules plus spécialisés dans l'organisme. Ce processus est appelé différenciation ou maturation. Les cellules souches des différents tissus varient dans le nombre et les types de cellules qu'elles peuvent produire. Par exemple, les cellules souches germinales masculines ne produisent que des spermatozoïdes, mais ce sont des cellules souches : elles sont indifférenciées, peuvent s'auto-renouveler et produisent des cellules spécialisées, les spermatozoïdes.
Quels sont les différents types de cellules souches ?
De nombreuses personnes pensent que les cellules souches proviennent d'un embryon précoce et qu'elles peuvent être transformées en n'importe quel type de cellule. Ce n'est pas le cas de toutes les cellules souches. En fait, nous avons des cellules souches dans notre corps tout au long de notre vie.
Les cellules souches peuvent être divisées en trois catégories :
1. Cellules souches embryonnaires: Il s'agit de cellules qui ont été cultivées en laboratoire, après avoir été prélevées sur un embryon précoce. Elles peuvent se transformer en n'importe quel type de cellule spécialisée.
2. Cellules souches pluripotentes induites: Il s'agit d'anciennes cellules spécialisées, prélevées sur un adulte, qui ont été « dé-différenciées » en laboratoire pour les ramener à un état indifférencié ou non spécialisé. Elles sont similaires aux cellules souches embryonnaires en ce sens qu'elles peuvent se transformer en n'importe quel type de cellule spécialisée. La technique de laboratoire utilisée pour fabriquer ces cellules a été découverte en 2006. Elles sont également connues sous le nom de cellules iPS, iPSC ou cellules souches « reprogrammées ».
3. Cellules souches spécifiques à un tissu: Il s'agit de cellules présentes dans notre corps tout au long de notre vie. Elles ne sont pas capables de produire n'importe quel type de cellule, mais elles sont souvent capables de produire plusieurs types de cellules pour reconstituer le tissu auquel elles sont associées. Elles sont également appelées « cellules souches adultes ».
Pour en savoir plus sur les propriétés de ces différents types de cellules souches et sur les travaux de recherche en cours, consultez nos autres fiches d'information.
Cellules souches embryonnaires (CSE)
Les cellules souchespluripotentes peuvent produire n'importe quel type de cellule spécialisée du corps (par exemple, les cellules souches embryonnaires). Les cellules souchesmultipotentes peuvent produire plusieurs cellules spécialisées différentes (par exemple, les cellules souches hématopoïétiques). Les cellules souchesunipotentes sont responsables de la production d'un seul type de cellules spécialisées (par exemple, les cellules souches germinales).
Les cellules souches embryonnaires (CSE) ont un potentiel illimité pour produire des cellules spécialisées du corps. Cela laisse entrevoir d'énormes possibilités pour la recherche sur les maladies et la mise au point de nouvelles thérapies. Les CSE sont pluripotentes: elles peuvent se différencier en n'importe quel type de cellule du corps.
Les CSE humaines ont été cultivées pour la première fois en laboratoire en 1998. Ces cellules sont dérivées d'un stade très précoce du développement. L'embryon est constitué d'une centaine de cellules, formant une structure appelée blastocyste, et ne s'est pas encore implanté dans l'utérus.
Toutes les expériences utilisant des CSE ne nécessitent pas un nouveau blastocyste. Les CSE obtenus en laboratoire peuvent être maintenus et cultivés en grand nombre pendant de longues périodes. En fait, il semble possible de les cultiver indéfiniment. Lorsque les scientifiques savent qu'un groupe particulier de CSE peut être maintenu et cultivé indéfiniment, ils peuvent en conserver des échantillons pour les déposer dans des banques de cellules souches, afin que d'autres scientifiques puissent également les utiliser. Ces échantillons conservés sont appelés lignées cellulaires. Les lignées cellulaires sont souvent utilisées dans les premières phases des expériences, car leurs propriétés sont bien connues et il est plus facile de comparer les résultats entre d'autres essais utilisant la même lignée.
Les CSE peuvent être utilisés pour étudier le développement de tissus spécifiques. Elles peuvent également être utilisées pour tester des médicaments et pour modéliser des maladies dans différents tissus sans avoir à prélever des échantillons de tissus sur les patients.
L'utilisation des CSE à des fins de recherche ou en clinique pose encore quelques problèmes pratiques. Les chercheurs doivent s'assurer que les CSE se différencient complètement dans le type de tissu requis et que les tissus cultivés à partir des CSE se comportent de la même manière que ceux qui se développent dans le corps. L'utilisation de cellules obtenues à partir d'un blastocyste humain soulève également des considérations éthiques.
Cellules souches pluripotentes induites (CSPi)
En 2012, Shinya Yamanaka et John B. Gurdon ont reçu le prix Nobel pour leur découverte des iPSC.
La découverte de la possibilité de « reprogrammer » des cellules adultes spécialisées et matures en cellules se comportant comme des cellules souches embryonnaires a constitué une percée dans le domaine de la recherche sur les cellules souches. Ce processus est parfois appelé « dé-différenciation ».
Les iPSC constituent une source de cellules semblables aux CSE à laquelle on peut accéder sans avoir à créer un blastocyste. Elles peuvent être utilisées pour étudier le processus de développement, les facteurs impliqués dans la croissance de types de tissus spécifiques, et comme moyen de modéliser des maladies en laboratoire.
D'un point de vue clinique, la découverte de ces cellules souches pluripotentes induites (CSPi) a fait naître l'espoir que des cellules pourraient théoriquement être fabriquées à partir de la peau d'un patient (ou d'autres tissus) afin de traiter sa maladie. Cela éviterait le risque de rejet immunitaire. Cela pourrait également permettre de créer des banques de cellules iPSC, qui fonctionneraient comme des banques de sang, c'est-à-dire qu'elles mettraient en contact des patients avec des donneurs appropriés.
Comme pour les CSE, il faut démontrer que les CSPi se différencient complètement et régulièrement en types requis de cellules spécialisées pour en faire des outils efficaces pour la recherche et, à terme, pour répondre à des normes adaptées à l'utilisation chez les patients.
Cellules souches spécifiques d'un tissu (adultes)
De nombreux tissus du corps humain sont maintenus et réparés tout au long de la vie par des cellules souches. Ces cellules souches spécifiques à un tissu sont très différentes des cellules souches embryonnaires.
Les cellules souches spécifiques des tissus ne sont pas pluripotentes comme les CSE. Elles se sont partiellement différenciées ou ont mûri et ne sont donc plus capables de produire tous les types de cellules. Elles sont toujours capables de s'auto-renouveler. La plupart des cellules souches adultes sont multipotentes, c'est-à-dire qu'elles ne peuvent produire qu'un nombre limité de types de cellules spécialisées. Certaines sont même unipotentes : elles ne produisent qu'un seul type de cellule.
Les cellules souches adultes ne peuvent produire qu'un nombre limité de types de cellules spécialisées. Par exemple, les cellules souches neurales ne peuvent se différencier qu'en cellules cérébrales ; les cellules souches hématopoïétiques (cellules souches sanguines) ne peuvent se différencier qu'en cellules sanguines et immunitaires spécialisées ; et les cellules de la lignée germinale ne peuvent produire que des spermatozoïdes ou des ovules.
Quelle est l'importance des cellules souches pour la recherche ?
Les cellules souches peuvent être utilisées pour étudier le développement
Les cellules souches peuvent nous aider à comprendre comment un organisme complexe se maintient. En laboratoire, les scientifiques peuvent « suivre » des cellules souches individuelles qui se divisent et se spécialisent pour maintenir la peau, les os, les muscles et d'autres tissus. L'identification des signaux et des mécanismes qui déterminent si une cellule souche choisit de continuer à se répliquer ou de se différencier en un type de cellule spécialisé, et en quel type de cellule, nous aidera à comprendre comment un organisme sain se maintient.
Les cellules souches peuvent être utilisées pour étudier les troubles du développement et les cancers
Certaines des pathologies les plus graves, telles que le cancer et les malformations congénitales, sont dues à des anomalies de la division et de la différenciation cellulaires. La compréhension des contrôles génétiques et moléculaires de ces processus peut fournir des informations sur la manière dont ces maladies apparaissent et suggérer de nouvelles stratégies thérapeutiques.
Les cellules souches pourraient être utilisées pour étudier les maladies génétiques
Dans de nombreux cas, il est difficile d'obtenir les cellules endommagées par une maladie et de les étudier en détail. Les cellules souches, soit porteuses du gène de la maladie, soit modifiées pour contenir les gènes de la maladie, offrent une alternative viable. Les scientifiques pourraient utiliser les cellules souches pour modéliser les processus pathologiques en laboratoire et mieux comprendre ce qui ne va pas.
Les cellules souches pourraient constituer une ressource pour tester de nouveaux traitements médicaux
L'innocuité des nouveaux médicaments pourrait être testée sur des cellules spécialisées générées en grand nombre à partir de lignées de cellules souches, ce qui réduirait la nécessité d'effectuer des tests sur les animaux. D'autres types de lignées cellulaires sont déjà utilisés de cette manière. Les lignées de cellules cancéreuses, par exemple, sont utilisées pour tester des médicaments antitumoraux potentiels.
Les cellules souches ont le potentiel de remplacer les cellules endommagées et de traiter les maladies
Cette propriété est déjà utilisée dans le traitement des brûlures étendues et pour restaurer le système sanguin chez les patients atteints de leucémie et d'autres troubles sanguins.Les cellules souches pourraient également être la clé du remplacement des cellules perdues dans de nombreuses autres maladies dévastatrices pour lesquelles il n'existe actuellement aucun traitement durable. Aujourd'hui, les dons de tissus et d'organes sont souvent utilisés pour remplacer les tissus endommagés, mais le besoin de tissus et d'organes transplantables dépasse de loin l'offre disponible.Si nous parvenons à isoler les cellules souches du corps et à les cultiver en grand nombre, nous pourrions disposer d'une source renouvelable de cellules et de tissus de remplacement. Cela permettrait de traiter des maladies telles que la maladie de Parkinson, les accidents vasculaires cérébraux, les maladies cardiaques et le diabète. Cette perspective est passionnante, mais des défis techniques importants doivent être relevés pour garantir la sécurité et l'efficacité de cette approche.
Comment tous ces types de cellules souches se comparent-ils ?
Les cellules souches sont des outils importants pour la recherche sur les maladies et offrent un grand potentiel d'utilisation en clinique.
Actuellement, les CSE et les CSPi sont principalement utilisées pour modéliser les maladies, tester des médicaments ou améliorer notre compréhension de la biologie fondamentale de ce type de cellules.
Certaines sources de cellules souches adultes sont actuellement utilisées à des fins cliniques, comme les greffes de cellules souches hématopoïétiques (également appelées greffes de cellules souches sanguines ou greffes de moelle osseuse).
En 2023, 100 études cliniques utilisant des CSE/iPSC ont été réalisées ou sont en cours. Des études beaucoup plus approfondies sont nécessaires avant l'approbation de tout traitement destiné à un plus grand nombre de patients.
