Les cellules souches embryonnaires humaines et leurs

applications

L. GrobetEmbryology Unit, Faculty of Veterinary Medicine

University of Liège

Contact: lgrobet@ulg.ac.be

Quelques définitions

• Cellule souche – Embryonnaire– Adulte

• Toti- , pluri- et multi- potence

• Chez la souris– 1950-60, Leroy Stevens au Jackson Lab:

• Teratome et tératocarcinome murins– Tumeur testiculaire

» Assemblage d’une multiplicité de tissus d’origine embryologique différente

» Contient des cellules non différenciées en multiplication…

Historique

Dérivation de « Cellules de carcinome embryonnaire »

Pluripotentes!!!!

culture

réimplantation

Aubaine pour les embryologistes !

• Chez la souris– 1981, Gail Martin - Martin Evans & Matthew

Kaufman :• Mise en culture de cellules ES murines qui, dans

certaines conditions bien définies:– Conservent un caryotype correct

– Se multiplient indéfiniment à l’état non différencié

– Conservent leur pluripotence et peuvent des différencier in vitro et in vivo…

– Compétence germinale!!!

Historique

• L’histoire parallèle du clonage…– 1950-1960: Briggs et King:

• Transfert nucléaire chez la grenouille léopard

• L’histoire parallèle du clonage…– 1980: premier clone de

mammifère par Willadsen, un vétérinaire danois:

• Transfert d’un noyau de blastomère au stade 8 cellules

• 3 essais, une réussite!!!

– 1997: Dolly the Sheep!• 277 SCNT

• 29 blastocystes

• 1 animal né!

• 1998: Thompson et al: human ES cells

Biologie des cellules souches embryonnaires

• Propriétés en culture in vitro– Capacité de multiplication « illimitée »– Capacité de garder leur état indifférencié– Capacité de se différencier en cellules de +/-

tous les tissus

• Aspect de cellules ES humaines en culture

Lignée 401, p34,

• Différences interspécifiques

souris hommeMaintien de l’état indifférencié

Différenciation

Différenciation en cellules trophoblastiques

Compétence germinale

Formation de térato(carcino)mes in vivo

Leucemia Inhibiting Factor

Périphérie des colonies

Non

Oui

Oui

Fibroblast Growth Factor

Centre des colonies

Oui

? Non ?

Oui

• Déterminants de la pluripotence et de la faculté de régénération?– Environnement cellulaire et tissulaire, notion de

«niche »

– Exécution d’un « programme » cellulaire précis

Biologie des cellules souches embryonnaires: pluripotence

Le cas des « Induced Pluripotent Stem Cells »

• Potentiel de différenciation– In vivo: genèse de tératomes– In vitro: conditions de culture particulières…

• En conclusion:

Pluripotence!

Niche!

Différenciation!

???SOX2

OCT4

Applications et perspectives

• Biologie du développement

• Tox & drug screening

• Thérapie régénérative

Tox & Drug Screening

NESCI-ESNATS Conference onStem cell-based Toxicology and Drug Screening

Wednesday 22nd AprilNewcastle, Centre for Life, Scotswood Suite

hESCs culture

+ [compounds]

Trypan blue color

IC 50,IC10

MTT Endogeneous Alcaline PhosphataseAnnexinV/PI

Thérapie régénérative• Solutions:

– Greffe d’organe• Compatibilité?• Disponibilité?

– Thérapie « cellulaire »• Cellules souches adultes

– Isogéniques si possible…

• Cellules souches embryonnaires– Compatibilité?– Tumorigénicité?

• « dédifférenciation » de propres cellules somatiques…

Peu d’améliorations envisageables

• Les cellules souches adultes:– Rares dans la plupart des organes

• « Multipotent Adult Progenitor Cells »– Pluripotentes?

– Existence controversée…

– Plasticité!!! Oui ou non?

• Hematopoïetic Stem cells

• Cellules souches de sang de cordon

• Cellules germinales

• …..

• Les cellules germinales?– Chez la souris, en 2006, Gerd Hasenfuss isole

des spermatogonies du testicule…

• Les cellules souches embryonnaires ou «apparentées »:– Pluripotentes– Potentiel de multiplication illimité…– Potentiel de différenciation avéré (mais mal

maîtrisé).

• Prometteuses!!!

• Mais:– Réimplantées à l’état non différencié:

tumeurs!!!– Actuellement, la différenciation n’est pas

optimalement contrôlée pour certains tissus (hépatocytes, cellules pancréatiques…)

Applications et perspectives: Thérapie régénérative

• Pour éviter la formation de tumeurs:– Différenciation extrêmement bien contrôlée– Purification des cellules à réimplanter!!!

– On est encore loin du compte!!!!

J. Cell. Mol. Med. Vol 13, No 1, 2009 pp. 188-201

Applications et perspectives: Thérapie régénérative

• Comment limiter ou abolir le problème du rejet de greffe?– Banques de lignées de hESCs

• Recherche de la meilleure compatibilité possible

– Reprogrammation des cellules du patient– Clonage thérapeutique

– IPSCs

– ….

• ! Si besoin d’une transplantation urgente???…

• Organ engineering…. – À Research Triangle Park, Caroline du Nord,

sous la houlette de Anthony Attala…• Vessie

• Vaisseaux sanguins

• Utérus, Vagins

• Mini-reins

• Mini brains…

• En conclusion, les cellules pluripotentes (ESCs ou reprogrammées):– Sont actuellement les cellules les plus

prometteuses– Mais le chemin est encore long pour assurer

• La différenciation correcte et l’absence de phénomène néoplasique

• La compatibilité immunologique

• La genèse d’organes entiers

Quelques considérations éthiques

• Posent problème:– Le statut moral de l’embryon– L’origine embryonnaire des ESCs– La pluripotence elle-même…

Conclusions• La découverte des cellules souches embryonnaires

ouvre des perspectives extraordinaires – Dans la compréhension de la biologie– Dans la modélisation embryonnaire et tissulaire– Dans la thérapie régénérative

• La genèse et l’utilisation des cellules humaines, et en particulier d’origine embryonnaire, pose des questions d’ordre éthique

• Il est encore long le chemin vers la connaissance et l’utilisation efficace et sécurisée de ces cellules pour des applications thérapeutiques ….

Merci pour votre attention