29 Janvier 2014 – Des scientifiques découvrent comment convertir des cellules normales en cellules souches chez la souris

Un moyen simple de fabriquer des cellules souches en une demi-heure salué comme une découverte majeureDes chercheurs de Harvard et du Japon créent des cellules souches embryonnaires sans embryonDepuis la découverte des cellules souches embryonnaires humaines, les scientifiques fondent de grands espoirs sur leur utilisation dans le traitement d’une plus grande variété de maladies, car elles sont pluripotentes, ce qui signifie qu’elles sont capables de se différencier en l’un des nombreux types de cellules du corps.

Cependant, l’acquisition de cellules souches embryonnaires humaines à partir d’un embryon peut entraîner la destruction de l’embryon, soulevant ainsi des préoccupations éthiques. En 2006, les chercheurs ont introduit une alternative à la récolte des cellules souches embryonnaires appelées cellules souches pluripotentes induites (iPS). Ils ont fourni la preuve qu’il était possible de renvoyer une cellule adulte normale à un état de cellule souche pluripotente indifférenciée en introduisant du matériel génétique (ADN « extérieur ») dans la cellule, un processus qui modifie l’état d’origine de la cellule. Pour éviter l’utilisation de cellules souches embryonnaires, d’autres chercheurs se sont davantage concentrés sur l’utilisation de cellules souches adultes, mais l’utilisation de ces cellules est limitée car contrairement aux cellules souches embryonnaires qui se développent dans n’importe quel type de cellule mature, les cellules souches adultes ne peuvent que se développer dans certains types de cellules.

Désormais, les chercheurs du Brigham and Women’s Hospital (BWH), en collaboration avec le RIKEN Center for Developmental Biology au Japon, a démontré que toute cellule adulte mature (une cellule « somatique ») a le potentiel de se transformer en l’équivalent d’une cellule souche embryonnaire. Publié dans le numéro du 30 janvier 2014 de Nature, les chercheurs démontrent dans un modèle préclinique, une façon nouvelle et unique de reprogrammer les cellules, un phénomène qu’ils appellent l’acquisition de la pluripotence déclenchée par un stimulus (STAP). Il est important de noter que ce processus ne nécessite pas l’introduction d’un nouvel ADN extérieur, le processus couramment utilisé pour ramener les cellules adultes dans un état de pluripotence.

« Il n’est peut-être pas nécessaire de créer un embryon pour acquérir des cellules souches embryonnaires. Les résultats de nos recherches démontrent que la création d’une cellule souche pluripotente autologue – une cellule souche d’un individu qui a le potentiel d’être utilisée à des fins thérapeutiques – sans un embryon, est possible. Le sort des cellules adultes peut être radicalement transformé en exposant les cellules matures à un stress ou à une blessure externe. Cette découverte a le potentiel de réduire le besoin d’utiliser à la fois des cellules souches embryonnaires et des cellules iPS manipulées par l’ADN », a déclaré auteur principal Charles Vacanti, MD, président du département d’anesthésiologie, de médecine peropératoire et de la douleur et directeur du laboratoire d’ingénierie tissulaire et de médecine régénérative du BWH, membre du corps professoral affilié à l’HSCI et auteur principal de l’étude. « Cette étude n’aurait pas été possible sans l’importante collaboration internationale entre BWH et le Centre RIKEN », a-t-il ajouté.

Les chercheurs, s’appuyant sur la capacité d’une cal végétal – un nœud de cellules végétales créé en blessant une plante existante, à se transformer en une nouvelle plante – ont émis l’hypothèse que toute cellule adulte mature, une fois différenciée en un type cellulaire spécifique, pourrait être dédifférencié par un processus naturel qui ne nécessite pas l’insertion de matériel génétique dans les cellules. « Une simple blessure pourrait-elle transformer des cellules adultes matures en cellules souches qui pourraient à leur tour se développer en n’importe quel type de cellule ? » a émis l’hypothèse de Vacanti.

En commençant par les cellules adultes matures, les chercheurs les laissent se multiplier. Après avoir stressé les cellules presque jusqu’à la mort en les exposant à divers environnements stressants, notamment des traumatismes, des environnements à faible teneur en oxygène et un environnement acide, les chercheurs ont découvert qu’en quelques jours seulement, les cellules survivaient et se remettaient du stimulus stressant en revenant naturellement à un état équivalent à celui d’une cellule souche embryonnaire. Les cellules souches créées par exposition aux stimuli externes ont ensuite pu se redifférencier et mûrir en n’importe quel type de cellule et se développer en n’importe quel type de tissu, en fonction de l’environnement dans lequel elles ont été placées.

Pour examiner le potentiel de croissance de ces cellules, les chercheurs ont utilisé des cellules sanguines matures de souris GFP+, des souris qui avaient été génétiquement modifiées avec une mutation spécifique pour s’allumer en vert sous une longueur d’onde de lumière spécifique. Ils ont stressé les cellules GFP+ du sang en les exposants à un environnement acide et ont découvert que dans les jours suivant le stress, ces cellules revenaient à un état de type cellule souche embryonnaire. Ces cellules souches ont ensuite commencé à se développer en grappes sphériques, semblables à une cal végétale. Les grappes de cellules ont été introduites dans l’embryon en développement d’une souris non GFP (dont les cellules ne s’allument pas en vert) pour créer un mélange de cellules (une « chimère »). Les clusters implantés ont pu créer des tissus GFP+ dans tous les organes testés, confirmant que les cellules sont pluripotentes.Les chercheurs émettent l’hypothèse que ces découvertes soulèvent la possibilité que des fonctions cellulaires inconnues activées par un stress externe libèrent les cellules adultes matures de leur engagement actuel et leur permettent de revenir à leur état cellulaire naïf. « Nos résultats suggèrent que d’une manière ou d’une autre, grâce à une partie d’un processus de réparation naturel, les cellules matures désactivent certains des contrôles épigénétiques qui inhibent l’expression de certains gènes nucléaires qui entraînent la différenciation », a déclaré Vacanti.

Les chercheurs notent que la prochaine étape consiste à explorer ce processus chez des mammifères plus sophistiqués et, finalement, chez l’homme.  « Si nous pouvons déterminer les mécanismes par lesquels les états de différenciation sont maintenus et perdus, cela pourrait ouvrir un large éventail de possibilités pour de nouvelles recherches et applications utilisant des cellules vivantes. Mais pour moi, les questions les plus intéressantes seront celles qui nous permettront de gagner une compréhension plus profonde des principes de base à l’œuvre dans ces phénomènes », a déclaré le premier auteur Haruko Obokata, PhD.

Si ce même processus peut être démontré dans des cellules humaines, alors un jour, grâce à une biopsie cutanée ou à un échantillon de sang, sans avoir besoin de manipulation génétique, les chercheurs pourront peut-être créer des cellules souches embryonnaires spécifiques à chaque individu, qui à leur tour pourraient être utilisé pour créer des tissus sans qu’il soit nécessaire d’insérer du matériel génétique extérieur dans cette cellule, créant ainsi des possibilités infinies d’options thérapeutiques.  Les chercheurs écrivent que d’autres questions existent ; Vacanti et ses collègues souhaitent explorer pourquoi et comment les stimuli stressants conduisent à la reprogrammation pour créer l’état pluripotent.

Les collaborateurs impliqués dans cette recherche incluent : Le premier auteur du manuscrit, Haruko Obokata, du Laboratoire de reprogrammation génomique et du Laboratoire d’organogenèse et de neurogenèse du RIKEN Center for Developmental biology, Teruhiko Wakayama du Laboratoire d’organogenèse et de neurogenèse du RIKEN Centre de biologie du développement, Yoshiki Sasai, du Laboratoire d’organogenèse et de neurogenèse du Centre RIKEN de biologie du développement ; Koji Kojima, du Laboratoire de génie tissulaire et de médecine régénérative, Brigham and Women’s Hospital ; Martin P. Vacanti du Laboratoire de génie tissulaire et de médecine régénérative du Brigham and Women’s Hospital et du Département de pathologie de l’Irwin Army Community Hospital ; Hitoshi Niwa, du Laboratoire d’études sur les cellules souches pluripotentes du RIKEN Center for Developmental Biology ; Masayuki Yamato, de l’Institute of Advanced Biomedical Engineering and Science et de la Tokyo Women’s Medical University ; et l’auteur principal, Charles A. Vacanti, directeur du Laboratoire de génie tissulaire et de médecine régénérative, Brigham and Women’s Hospital et Harvard Medical School.Cette recherche a été financée par le Département d’anesthésiologie, de médecine périopératoire et de la douleur du BWH et un budget de recherche intra-muros du RIKEN, une recherche scientifique dans les domaines prioritaires (2006-2015), le projet de réseau pour la réalisation de la médecine régénérative.

Un moyen simple de fabriquer des cellules souches en une demi-heure salué comme une découverte majeureLa technique de l’acide pourrait ouvrir une nouvelle ère dans la médecine régénérativeDes scientifiques japonais ont mis au point un moyen radical et remarquablement facile de fabriquer des cellules capables de se développer dans n’importe quel tissu de l’organisme. L’exploit a été salué comme une découverte majeure par des chercheurs familiers avec le travail, et s’il peut être répété dans les tissus humains, pourrait conduire à des procédures simples et peu coûteuses pour fabriquer des cellules souches adaptées aux patients qui pourraient réparer les organes endommagés ou malades. Dans une série d’expériences élégantes, les chercheurs ont montré que des cellules prélevées sur des animaux pouvaient être transformées en cellules maîtresses toutes puissantes simplement en les immergeant dans une solution légèrement acide pendant une demi-heure.

Pour démontrer le potentiel des cellules, les scientifiques les ont injectées dans des embryons de souris et ont montré qu’elles se développaient en tissus et organes dans tout le corps des animaux. Haruko Obokata du laboratoire Riken à Kobe, au Japon, a déclaré au Guardian que son équipe avait créé plusieurs dizaines de souris dont les tissus avaient poussé à partir des cellules et avait suivi leur santé pendant un à deux ans. « Jusqu’à présent, ils semblent être en bonne santé, fertiles et normaux », a-t-elle déclaré.

La découverte a stupéfié de nombreux chercheurs car les tentatives précédentes de fabrication de cellules souches ont été semées d’embûches. Une voie est le clonage, qui est controversée car elle implique la création et la destruction d’embryons. Une méthode plus récente, appelée pluripotence induite, utilise la manipulation génétique pour convertir les cellules adultes en un état plus souple et immature.  Le travail, rapporté dans deux articles de la revue Nature, était « une découverte scientifique majeure qui ouvrira une nouvelle ère dans la biologie des cellules souches », a déclaré Dusko Ilic, scientifique spécialisé dans les cellules souches au King’s College de Londres. Son enthousiasme était partagé par Chris Mason, un expert en cellules souches à l’University College de Londres. « Si cela fonctionne chez l’homme, cela pourrait changer la donne et rendre finalement disponible un large éventail de thérapies cellulaires en utilisant les propres cellules du patient comme matériau de départ », a-t-il déclaré.

Obokata a commencé à travailler sur la procédure il y a cinq ans alors qu’il travaillait à la Harvard Medical School. L’idée lui est venue après avoir remarqué par hasard que des cellules qui avaient été pressées à travers un tube fin rétrécissaient à la taille de cellules souches. Elle a ensuite examiné de plus près les effets de différents types de stress – de la chaleur, de la famine et des conditions acides – sur les cellules. Après des années de perfectionnement des expériences, Obokata a montré qu’elle pouvait convertir les globules blancs prélevés sur des souris nouveau-nés en cellules qui se comportaient très bien comme des cellules souches. Elle a ensuite fait de même avec les cellules du cerveau, de la peau, des muscles, de la moelle osseuse, des poumons et du foie. « C’était très surprenant de voir qu’une transformation aussi remarquable pouvait être déclenchée simplement par des stimuli de l’extérieur », a-t-elle déclaré.

Obokata a eu du mal à convaincre d’autres scientifiques et son article sur le travail a été rejeté à plusieurs reprises. Elle a finalement effectué suffisamment de recoupements pour convaincre les chercheurs que les résultats étaient réels.  Obokata appelle la procédure « acquisition de pluripotence déclenchée par un stimulus », et les cellules résultantes Stap cells. L’immersion dans une solution légèrement acide, avec un pH de 5,5, a mieux fonctionné. La compression des cellules a eu un effet similaire mais était moins efficace.

« La génération de ces cellules est essentiellement la façon dont Mère Nature réagit aux blessures », a déclaré à Nature l’auteur principal des études, Charles Vacanti de la Havard Medical School. Austin Smith, directeur de l’institut des cellules souches Wellcome Trust/MRC de l’Université de Cambridge, a déclaré que le travail semblait solide, mais qu’il n’était pas clair s’il fonctionnerait chez l’homme et avec des tissus adultes, tels que des cellules cutanées prélevées sur un patient. Si les scientifiques peuvent faire fonctionner la procédure chez les humains, cela pourrait rapidement surmonter les obstacles réglementaires qui ont retardé le développement de thérapies basées sur des cellules souches pluripotentes induites (iPS). Les thérapies basées sur les cellules iPS font l’objet d’un examen minutieux car des gènes sont ajoutés aux cellules pour les convertir en cellules souches. Ces gènes doivent probablement être retirés avant de pouvoir être utilisés en toute sécurité chez les patients.Obokata a déclaré que des travaux étaient en cours pour répéter ses expériences avec des tissus humains, mais qu’ils n’avaient pas encore de résultats. L’une des nombreuses questions en suspens est de savoir pourquoi les cellules du corps ne se transforment pas constamment en cellules souches lorsqu’elles entrent en contact avec de l’acide, des brûlures d’estomac ou lorsque les gens boivent du jus de fruit. Le soupçon est que la capacité de revenir aux cellules souches est bloquée lorsque les cellules sont dans le corps.

Même si la procédure peut être perfectionnée chez l’homme, Smith a déclaré que des obstacles majeurs subsistent avant que les patients puissent être traités avec des cellules Stap. Tous les tissus cultivés à partir de cellules Stap devraient être prouvés sûrs dans le corps. Les scientifiques devraient montrer qu’ils ne peuvent pas se transformer en tumeurs et démontrer qu’ils travaillent avec les tissus sains des patients sans causer de problèmes.  Obokata a déclaré que la nouvelle procédure pourrait avoir des utilisations au-delà de la régénération des parties du corps endommagées et éclairer la façon dont les cellules accumulent l’usure tout au long de notre vie. « En étudiant le mécanisme, nous pourrons peut-être en savoir plus sur la façon dont l’âge des cellules est également verrouillé », a-t-elle déclaré au Guardian.

https://hsci.harvard.edu/news/harvard-and-japanese-researchers-create-embryonic-stem-cells-without-embryo

https://www.theguardian.com/science/2014/jan/29/make-stem-cells-major-discovery-acid-technique