Les cellules souches embryonnaires humaines et leurs applications L. Grobet Embryology Unit, Faculty of Veterinary Medicine University of Liège Contact: lgrobet@ulg.ac.be

Quelques définitions Cellule souche Toti- , pluri- et multi- potence Embryonnaire Adulte Toti- , pluri- et multi- potence

Historique 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…

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 homme Maintien 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 Fibroblast Growth Factor Centre des colonies ? Non ?

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: Niche! Différenciation! ??? Pluripotence! SOX2 OCT4

Applications et perspectives Biologie du développement Tox & drug screening Thérapie régénérative

Tox & Drug Screening + [compounds] IC 50,IC10 hESCs culture NESCI-ESNATS Conference on Stem cell-based Toxicology and Drug Screening Wednesday 22nd April Newcastle, Centre for Life, Scotswood Suite hESCs culture + [compounds] Trypan blue color IC 50,IC10 MTT Endogeneous Alcaline Phosphatase AnnexinV/PI

Thérapie régénérative Solutions: Greffe d’organe Compatibilité? Disponibilité? Thérapie « cellulaire » Cellules souches adultes Isogéniques si possible… Cellules souches embryonnaires 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