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Cellules souches : des cellules à tout faire

Certaines sont programmées pour fabriquer des organes et des tissus particuliers, d’autres donnent naissance à n’importe quelle partie du corps humain. Immatures, les cellules souches sont des cellules indifférenciées capables de se reproduire et de donner naissance à toutes les cellules matures du corps. Ensemble, les cellules souches forment le code d’accès à une vie renouvelable, un code que des chercheurs québécois tentent de déchiffrer.

Depuis que des cellules souches ont été prélevées pour la première fois chez l’humain et cultivées in vitro, il y a quatre ans, les laboratoires de recherche sont en ébullition. Les chercheurs épiant ces cellules souches rêvent de venir à bout de maladies telles que le cancer, les maladies de Parkinson et d’Alzheimer ou le diabète. Ces fabuleuses cellules pourraient être greffées dans les organes malades pour leur donner une deuxième vie, ou servir à la fabrication de tissus sains appelés à être greffés. Mais d’ici là, les scientifiques doivent remplir une double tâche : comprendre comment les cellules souches se différencient et trouver des méthodes pour les cultiver en quantité suffisante.

La plus importante usine de cellules souches, c’est l’embryon. Au cours des premières heures qui suivent sa fertilisation, l’ovule se divise plusieurs fois en des cellules identiques, des cellules immatures capables de donner naissance à tous les tissus et organes du corps humain. Puis, avec le temps, ces cellules totipotentes (non différenciées) se spécialisent pour devenir des cellules souches aux fonctions spécifiques : fabriquer du sang, de la peau, un cœur, des yeux, etc.

Pour accéder à ces précieuses cellules, les cultiver et les étudier, les chercheurs doivent détruire des embryons âgés d’à peine quelques jours. Ils utilisent des embryons surnuméraires provenant des cliniques de fertilité, qui sont recueillis à la suite d’avortements thérapeutiques ou qui sont produits en laboratoire par clonage. Or, la destruction d’embryons ou leur production à des fins de recherche, qui plus est par clonage, suscitent la controverse et l’inquiétude du public. L’an dernier, le président américain Georges W. Bush a interdit tout financement public pour des recherches avec des colonies de cellules souches autres qu’une soixantaine de colonies cultivées avant le 9 août 2001. Chez nous, il n’existe pas de législation nationale sur le sujet, mais les Instituts de recherche en santé du Canada ont déclaré, en mars dernier, qu’ils subventionneraient uniquement les travaux utilisant des embryons créés par fécondation in vitro pour résoudre des problèmes d’infertilité et qui ne sont plus utilisés. Les travaux avec des embryons produits pour fins de recherche seulement ou par d’autres moyens, comme le clonage, ne seront pas financés. Néanmoins, la recherche sur les cellules souches embryonnaires soulève toujours des questions éthiques, des questions relatives au respect de l’embryon comme origine de la vie humaine.

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D’autres obstacles, scientifiques ceux-là, hypothèquent le recours aux cellules souches embryonnaires à des fins thérapeutiques. À l’heure actuelle, les chercheurs ne sont pas en mesure de contrôler les risques de rejet de ces cellules injectées chez un patient, des risques entraînés par des incompatibilités génétiques. Ces cellules immatures peuvent aussi générer le cancer; leur prolifération dans l’organisme demeure imprévisible et peut être anarchique.

Or on a découvert, plus récemment, que l’adulte est une étonnante réserve de cellules souches, et les chercheurs redoublent d’ardeur. En effet, cent milliards de cellules s’autodétruisent dans notre corps chaque jour, mais elles sont aussitôt remplacées par cent milliards de nouvelles cellules, des cellules filles. Derrière le renouvellement des fonctions du corps indispensables à la vie se trouvent une poignée de cellules souches, quelques cellules mères qui engendrent des quantités de cellules filles. Dans le sang, par exemple, ces cellules attendent le signal pour se différencier et devenir l’un des dix types de cellules sanguines nécessaires à la vie.

Avec les cellules souches adultes, les risques de rejet et de cancer sont évités. Les questions d’ordre éthique, par ailleurs, sont contournées car on n’a plus besoin de détruire des embryons. Toutefois, on ne trouve pas ces cellules immatures dans tous les tissus de l’adulte. Par ailleurs, les cellules souches adultes n’ont pas la même capacité de prolifération que celles de l’embryon; leur nombre diminue avec l’âge et elles restent encore difficiles à reproduire in vitro.

Heureusement, les cellules souches adultes n’ont pas fini de surprendre les chercheurs. En septembre 2001, Freda Miller, chercheuse à l’Institut neurologique de Montréal et membre du Réseau de cellules souches, rattaché aux Réseaux de centres d’excellence du Canada, a causé tout un émoi par la publication de ses résultats de recherche dans la revue Nature. En quête de cellules neurales pour traiter la maladie de Parkinson, la scientifique en a trouvé non pas dans le cerveau de ses souris de laboratoire, mais dans leur peau! Et il y a plus encore : en cultivant in vitro les cellules dénichées, elle a réussi à les transformer en différents types de cellules : neurones, cellules musculaires, adipeuses, etc. Les tissus adultes seraient donc des sources d’approvisionnement beaucoup plus polyvalentes et prometteuses qu’on ne l’avait cru jusqu’ici. Presque chaque jour, des cellules souches adultes, et d’autres avec des propriétés insoupçonnées sont découvertes. Toutefois, avant qu’elles ne puissent être intégrées à des thérapies, les chercheurs ont des années de devoirs à faire.

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Un groupe d’entre elles, toutefois, rend déjà de grands services aux personnes atteintes de graves maladies. Les cellules souches hématopoïétiques (CSH) sont à l’origine de tous les types de cellules sanguines nécessaires à l’organisme et constituent ainsi une source naturelle de régénération. Grâce à la greffe de CHS — procédure communément appelée « greffe de moelle osseuse », qui consiste à injecter par voie intraveineuse des CSH prélevées à un donneur — il est actuellement possible de guérir certaines leucémies autrement incurables de même que des maladies congénitales telles les anémies sévères. De fait, lorsqu’une greffe de CSH est effectuée sur un malade, ce sont précisément ces quelques cellules souches hématopoïétiques qui reconstituent le lot de cellules sanguines détruites par la maladie ou par les traitements de chimiothérapie et de radiothérapie.

Les secrets des gènes qui contrôlent la prolifération et la différenciation des cellules souches hématopoïétiques intéressent le Dr Guy Sauvageau, directeur de l’Unité de recherche en génétique moléculaire des cellules souches à l’Institut de recherches cliniques de Montréal (IRCM), clinicien chercheur des Instituts de recherche en santé du Canada (IRSC) et membre lui aussi du Réseau de cellules souches. « Le jour où nous aurons réussi à cultiver les cellules souches en clinique, il sera possible, par exemple, de générer tous les produits sanguins dont nous avons besoin, éliminant ainsi le recours à des donneurs volontaires et toutes les complications qui en découlent. Nous pourrions également nous en servir pour développer la tolérance immunitaire des patients qui nécessitent un don d’organe, évitant ainsi le rejet du greffon, et même pour corriger des anomalies génétiques. »

Les progrès que réalisent le Dr Sauvageau et son équipe vers la production en clinique de cellules souches sont concrets. Ils ont en premier lieu identifié un gène, le HOXB4, qui permet la multiplication des CSH. Des collaborateurs du Massachussetts Institute of Technology (MIT), très intéressés par la découverte de l’équipe du Dr Sauvageau, viennent de démontrer qu’il est possible, grâce à ce gène, de développer des CSH à partir de cellules embryonnaires de souris. Cet avancement ouvre la voie à l’établissement d’une véritable médecine regénérative qui nous permettrait de guérir des maladies acquises ou congénitales de la moelle osseuse. Tout dernièrement, Guy Sauvageau, en collaboration avec Keith Humphries de la British Columbia Cancer Agency, a démontré qu’il était possible de multiplier in vitro des CSH. Cette découverte importante a fait l’objet d’un article dans la revue CELL d’avril 2002.

« L’immense potentiel thérapeutique des cellules souches est connu, mais il nous reste à développer les moyens de mieux l’exploiter. Avec cette découverte, nous venons de réaliser un pas de géant dans cette direction, déclare le Dr Sauvageau. Enfin, nous pourrons multiplier considérablement les indications de greffes de CSH et traiter une foule de maladies qui ne sont pas guérissables actuellement par la simple greffe de CSH. »

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Pour Marc-André Sirard, directeur du Centre de recherche en biologie de la reproduction, le code d’accès à l’immortalité se trouve non pas du côté de l’adulte ni de l’embryon, mais auprès de l’ultime cellule, la mère de toute vie : l’ovule. Ses recherches pourraient mener à la fabrication de cellules souches embryonnaires sans avoir à concevoir un seul embryon! Le vieillissement est inconnu de l’ovule, et comme en témoignent les tentatives de clonage réussies, il peut effacer le passage du temps dans les cellules en enrayant leur ADN. Aussi, le microscope de Marc-André Sirard est pointé vers les protéines de l’ovule qui rendent possible cette cure d’immortalité. Une fois les protéines de l’ovule identifiées par marqueur radioactif, le chercheur incube ces dernières dans le noyau de cellules adultes et observe quelles sont celles qui y entrent et dans quelles conditions. Ensuite, il s’agit d’identifier les séquences d’acides aminés qui sont les principales actrices du processus de rajeunissement. « En sachant quels gènes entrent en jeu, nous pourrons reprogrammer partiellement des cellules adultes, explique Marc-André Sirard. Seules les instructions de fabrication de cellules souches de sang, de neurones, de poumons, etc., pourront être sauvegardées et exécutées dans le noyau adulte. » Une seule cellule reprogrammée par l’ovule, se multipliant chaque jour, suffirait pour avoir toujours sous la main des cellules identiques et spécialisées comme voulu. Inutile de dire, cependant, qu’il y a encore bien loin de la coupe aux lèvres. « Ces recherches sont d’une complexité I-NI-MA-GI-NA-BLE et nécessitent des années et des années de travail méticuleux! », insiste le docteur Sirard. Des années indispensables non seulement pour comprendre les aspects fondamentaux de l’ovule, mais aussi pour éviter des erreurs irrémédiables au cours d’éventuelles thérapies cellulaires. Il donne en exemple le vieillissement accéléré observé chez la célèbre brebis clonée Dolly. « Ce qui est fascinant et effrayant à la fois, c’est que nous réussissons à obtenir des résultats avec l’ovule sans comprendre entièrement la mécanique sous-jacente! » Néanmoins, il est convaincu qu’un jour, des vies pourront être sauvées sans qu’on ait à recourir aux embryons humains.

Titulaire de la Chaire de recherche du Canada en cellules souches et génie tissulaire, Lucie Germain est aussi chercheuse au Laboratoire d’organogénèse expérimentale (LOEX), relié à l’Université Laval. Pour améliorer la reconstruction des tissus et la régénération des organes, qui viennent en aide aux grands brûlés, Lucie Germain étudie comment les cellules souches post-natales de la peau se spécialisent. Ces cellules sont responsables du renouvellement de l’épiderme tous les 28 jours.

Ces recherches pourraient améliorer le traitement des épidermes endommagés par les brûlures et les ulcères, et diminuer le délai nécessaire à l’obtention des feuillets de peau greffés aux patients. « Nous arriverons aussi à mieux comprendre les maladies entraînées par une trop grande prolifération cellulaire, comme le psoriasis et le cancer, souligne la chercheuse. À plus long terme encore, les cellules souches pourraient être utilisées en thérapie génique. »

Sophie Payeur

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