Organisation fonctionnelle des système hématopoïétique et immunitaire

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1 Organisation fonctionnelle des système hématopoïétique et immunitaire
Bertrand Arnulf Immuno-hématologie Hôpital Saint Louis

2 Les éléments du sang Sang: suspension de cellules dans le plasma
Plasma: Sels minéraux, glucides, lipides acides aminés Sérum: plasma dépourvu de fibrinogène après coagulation Cellules du sang: Globules blancs (leucocytes) - Polynucléaires ou granulocytes neutrophile (PN), éosinophile, basophile - Lymphocytes - Monocytes Globules rouges (érythrocytes, hématies) Plaquettes (thrombocytes)

3 Les éléments du sang Cellules myéloïdes Cellules lymphoïdes Plaquettes
PN eosinophile PN basophile Plaquettes Globules rouges Polynucléaire neutrophile Monocyte/Macrophage lymphocytes Défense antibactérienne Réactions immunitaires non spécifiques Transport oxygène du poumon aux tissus Défense antibactérienne Hémostase primaire coagulation Défense antivirale Réactions immunitaires spécifiques

4 Les éléments du sang Examen qualitatif et quantitatif des éléments figurés du sang: L’hémogramme Plaquettes Globules rouges Polynucléaire neutrophile Monocyte lymphocytes 100 – 1000/mm3 Hémoglobine Homme: 13 g/dl Femme: 12g/dl 1700 – 7000/mm3 103/mm3 ou 109/L 1500 – 4000/mm3

5 Les éléments du sang Examen qualitatif et quantitatif des éléments figurés du sang: L’hémogramme Volume plasmatique Volume globulaire normal Anémie vraie Fausse anémie par hémodilution 1OO Globules rouges Volumes relatifs du plasma et des globules rouges: Hématocrite (homme 40-54%; femme 35-47%) Volume globulaire moyen (VGM): taille des globules rouges Hématocrite/nombre de globules rouges

6 Origine des éléments du sang
hématopoïèse Moelle osseuse: siège de l’hématopoïèse dès la naissance Hématopoïèse: Système de différenciation et de prolifération assurant le renouvellement des cellules du sang Cellules souches: Pour assurer un renouvellement permanent des cellules myéloïdes et lymphoïdes. Propriétés des cellules souches: différenciation et autorenouvellement. Peu de prolifération Différents compartiments de cellules « souches » immatures selon leurs degré d ’engagement vers une lignée déterminée.

7 Origine des éléments du sang
hématopoïèse Différents compartiments de cellules « souches » immatures selon leurs degré d ’engagement vers une lignée déterminée. Cellules souches Pluripotentes autorenouvellement Progeniteurs multipotents Précurseurs engagés ou déterminés Cellules sanguines matures

8 Hématopoïèse Cellules souches Pluripotentes Progeniteurs multipotents
Moelle osseuse CSH-LT Cellules souches Pluripotentes CSH-CT Progeniteurs multipotents PCM PCL PEM PGM Précurseurs engagés ou déterminés Mégacaryoblaste Erythroblaste Promyélo/metamyélocyte Monoblaste Pré/prolymphocyte Plaquettes Globules rouges Polynucléaire neutrophile Monocyte/ Macrophage Lymphocyte B Lymphocyte T Cellules sanguines matures sang

9 Ontogenèse des lymphocytes T
et différenciation B Lymphocyte T immature thymus Lymphocyte T mature Progéniteur Commun Cellules souches Organes Ganglion lymphatique Lymphocyte B naïf Moelle osseuse B mémoire plasmocyte

10 Hématopoïèse Cellules souches Pluripotentes Progeniteurs multipotents
Moelle osseuse CSH-LT Cellules souches Pluripotentes CSH-CT Progeniteurs multipotents PCM PCL PEM PGM Précurseurs engagés ou déterminés Mégacaryoblaste Erythroblaste Promyélo/metamyélocyte Monoblaste Pré/prolymphocyte Plaquettes Globules rouges Polynucléaire neutrophile Monocyte/ Macrophage Lymphocyte B Lymphocyte T Cellules sanguines matures sang

11 Hématopoïèse Moelle osseuse Prolifération Amplification sang
CSH-LT Cellules souches Pluripotentes CSH-CT Progeniteurs multipotents PCM PCL PEM PGM Prolifération Amplification Précurseurs engagés Plaquettes Globules rouges Polynucléaire neutrophile Monocyte/ Macrophage Lymphocyte B Lymphocyte T Cellules sanguines matures sang

12 Hématopoïèse 100 à 250 milliards de globules rouges par jour
70 à 150 milliards de plaquettes par jour Plusieurs dizaines de milliards de polynucléaires par jour

13 Facteurs de croissance hématopoïétiques
Hématopoïèse Facteurs de croissance hématopoïétiques Correspondent à des « hormones » de l’hématopoïèse Facteurs agissant de façon précoce: « Stem Cell Factor », cytokines (Interleukines) Facteurs agissant sur la différenciation terminale (« Colony Stimulating Factor ») M-CSF: Macrophage GM-CSF: Granulocyte/Macrophage G-CSF: Granulocyte Erythropoïétine (EPO): globules rouges Thrombopoïétine (TPO): plaquettes

14 Facteurs de croissance hématopoïétiques
Hématopoïèse Facteurs de croissance hématopoïétiques Foie TPO Rein EPO sang Fibroblaste GCSF GMCSF MCSF Monocyte Lymphocyte

15 Régulation de l’érythropoïèse
Hématopoïèse Régulation de l’érythropoïèse EPO Rein Hypoxie Baisse PaO2

16 La niche ostéoblastique
Hématopoïèse La niche ostéoblastique Cellule graisseuse Adhésion/Chimiokines (SDF1/CXCR4) Fibroblastes ostéoclaste Cellule souche ostéoblaste

17 Facteurs de croissance hématopoïétiques Applications thérapeutiques
G-CSF (Neupogen°, Granocyte°) Aplasie fébrile post chimiothérapie Réduction de la durée de la neutropénie post chimiothérapie Agranulocytose médicamenteuse Mobilisation de cellules souches « périphériques » G-CSF Adhésion/Chimiokines (SDF1/CXCR4) Moelle Sang

18 Facteurs de croissance hématopoïétiques Applications thérapeutiques
Erythropoïétine recombinante (Neorecormon°, Aranesp°…): Insuffisance rénale, dialyse Anémie au cours des cancers (chimiothérapie, envahissement médullaire) Myélodysplasie avec [EPO] basse Thrombopoïétine : agonistes du récépteur (MPL) (N-Plate°.. ) Thrombopénie périphérique autoimmune

19 Hématopoïèse Exploration Frottis sanguin:
Goutte de sang étalée sur lame de verre. Coloration May-Grunwald-Giemsa Morphologie des cellules, formule sanguine au microscope

20 Hématopoïèse Exploration Myélogramme: Biopsie médullaire:
Ponction au trocart du sternum ou crête iliaque postérieure puis aspiration Proportions relatives des cellules médullaires (%). Pas de valeurs absolues. 3 étapes: Richesse de la moelle, Pourcentage d’érythroblastes (8-30%), granuleux (50-70%), éléments lymphoïdes (<20%), présence de mégacaryocytes Vérification de l’équilibre « en pyramide » de chaque lignée Biopsie médullaire: Trocart découpant un fragment osseux. Crête iliaque postérieure. Anesthésie locale. Etude histologique, architecture de la moelle, myélofibrose.

21 Hématopoïèse Pathologique

22 Pathologie: Hémopathies malignes
Hématopoïèse Pathologie: Hémopathies malignes Accumulation de cellules, matures (chronique) ou immatures (aigues) Maladies clonales: dérivent toutes d’une même cellules où est survenu la mutation ou l’évènement transformant Leucémies aigues myéloblastiques et lymphoblastiques Syndromes myéloprolifératifs Syndromes lymphoprolifératifs Myélodysplasies

23 Pathologie: Hémopathies malignes
Hématopoïèse Pathologie: Hémopathies malignes Leucémies aigues: Prolifération de précurseurs hématopoïétiques peu différenciés incapable d’achever leur maturation Insuffisance médullaire: Anémie (pâleur, asthénie); Thrombopénie (hémorragies); Neutropénie (fièvre, infection) Syndrome tumoral: Splénomégalie, adénopathies, Douleurs osseuses, tumeurs localisées Myélogramme: envahissement massif (>20%) par des « blastes »

24 Pathologie: Hémopathies malignes
Hématopoïèse Pathologie: Hémopathies malignes Syndromes myéloprolifératifs Prolifération d’au moins une des trois lignées myéloïdes (GR, Plaquettes, granuleux) sans blocage de maturation: Hyperplasie Evolution: thromboses, fibrose médullaire, transformation « aigues » Hématopïèse extramédullaire (foie, rate) Leucémie myéloïde chronique (translocation t(9;22); chr. Philadelphie; BCR-ABL) Polyglobulie primitive (Maladie de Vaquez): Mutation JAK2 >90% Thrombocytémie essentielle: Mutation JAK2 # 50% Splénomégalie myéloïde (Myélofibrose primitive): Mutation JAK2 # 50%

25 Syndromes myéloprolifératifs Mutation de la tyrosine kinase JAK2
EPO TPO EpoR MPL JAK2 JAK2 Mutation V617F Prolifération

26 Pathologie: Hémopathies malignes
Hématopoïèse Pathologie: Hémopathies malignes Myélodysplasies Insuffisance médullaire qualitative (« anémies réfractaires ») Défaut de production de cellules myéloïdes, commençant par la lignée rouge, par mort intramédullaire par anomalies qualitatives Evolution vers cytopénies ou transformation en leucémies aigues Anémie sideroblastique acquise Anémie réfractaire simple Anémie réfractaire avec excès de blastes (5-20% de myéloblastes) Leucémie myélomonocytaire chronique

27 Hématopoïèse Pathologie: Myélemie
Définition: Passage de cellules immatures dans le sang Etiologies: Stimulation hématopoïèse Infections sévères avec polynucléoses neutrophiles Régénération médullaire en sortie d’aplasie (G-CSF endogène) Régénération au cours d’anémie hémolytiques massives Hémorragie aigue massive Mobilisation de cellules souches périphériques (G-CSF injecté) Syndromes myéloprolifératifs (LMC, LMMC, SM) Envahissement médullaire (métastase cancer) Myélofibrose

28 Hématopoïèse Pathologie Aplasies médullaires
Insuffisance médullaire avec moelle pauvre/déserte Anémie (pâleur, asthénie); Thrombopénie (hémorragies); Neutropénie (fièvre, infection) Causes: Irradiations ionisantes Chimiothérapies cytotoxiques Infections (hépatites virales, tuberculose) Génétiques (Fanconi) Hémoglobinurie paroxystique nocturne Idiopathiques

29 Application thérapeutique des cellules souches hématopoïétiques
Hématopoïèse: Application thérapeutique des cellules souches hématopoïétiques

30 Hématopoïèse Transplantation
« Greffe » de cellules souches autologues: « Autogreffe » Exemple du traitement intensif du myélome multiple Maladie maligne incurable Prolifération de plasmocytes tumoraux Dans la moelle osseuse Insuffisance médullaire par envahissement Destruction osseuse, hypercalcémie plasmocytes tumoraux Lacunes osseuses du crâne

31 Chimiothérapie d’induction
Chimiothérapie forte dose Melphalan 200 mg/m2 Aplasie Médullaire # 6 mois !!!!!! Chimiothérapie d’induction

32 Prélèvement de cellules souches hématopoïétiques
Moelle osseuse Cellules souches sang. Chimiothérapie forte dose Melphalan 200 mg/m2 Aplasie Médullaire # 15jours Chimiothérapie d’induction Réinjection Cell. souches

33 Cytapherèses Chimiothérapie de mobilisation (Endoxan+ G-CSF)
ou G-CSF seul Chimiothérapie forte dose Melphalan 200 mg/m2 Chimiothérapie d’induction Cytapherèses Réinjection Cell. souches Congélation Cellules souches

34 Mobilisation des cellules souches hématopoïétiques
Administration sous cutané G-CSF seul 10mg/kg 5 jours Test CD34 Présence de cellules CD34+ dans le sang (>10mg/L Cytaphérèse (s) Chimiothérapie induisant aplasie profonde de courte durée puis G-CSF 5mg/kg 10 jours CD34/Kg G-CSF Adhésion/Chimiokines (SDF1/CXCR4) CD34 CD34 CD34 Moelle Sang

35 Hématopoïèse Transplantation
Greffe de cellules souches allogéniques: « Allogreffe » Guérison des hémopathies malignes (leucémies, LMC, aplasie médullaire) Nécessite compatibilité entre donneur et receveur selon le système du complexe majeur d’histocompatibilité (CMH) (carte d’identité des cellules) Age limité (< 60 ans) Toxicité importante due à l’immunosupression pour éviter le rejet et le contrôle de la réaction du greffon contre l’hôte Infections bactériennes, virales, fongiques

36 Congélation Cellules souches
RECEVEUR Immunosupresseur Conditionnement (chimiothérapie, immunosuppresseur, irradiation corporelle) Injection Cell. Souches allogéniques DONNEUR G-CSF seul Sang de cordon Cytapherèses Congélation Cellules souches

37 Hématopoïèse Transplantation
Greffe de cellules souches allogéniques: « Allogreffe » Après l’allogreffe, hématopoïèse 100% donneur (chimérisme complet) Si patient masculin gréffée avec cellules hématopoïétiques de sa sœur Cellules de l’organisme 46,XY mais cellules du sang 46,XX Changement de groupe sanguin

38 Application au traitement des déficit combinés sévères liés à l’X
Hématopoïèse Thérapie génique Application au traitement des déficit combinés sévères liés à l’X X-SCID

39 Hématopoïèse

40 Les récepteurs aux cytokines hématopoïétiques

41 Mutations des récepteurs aux cytokines hématopoïétiques

42 gc Mutations de la chaine gammaC (gc) Mutation Il2, 4, 7, 9, 15
Déficit Combiné Sévère (SCID) 45%

43 Thérapie génique IL2Rgc Moelle osseuse sang Cellules souches
CSH-LT IL2Rgc Cellules souches Pluripotentes CSH-CT Virus contenant Gène normal PCM PCL PEM PGM Plaquettes Globules rouges Polynucléaire neutrophile Monocyte/ Macrophage Lymphocyte B Lymphocyte T Cellules sanguines matures sang

44 Thérapie génique Traitement par cellules souches hématopoïétiques transduites par rétrovirus 9/10 enfants « guéris » Mais….. Développement de 2 leucémies aigues (LAL-T) après 3 ans Au total 18 enfants vivants/20 5/20 LAL-T

45 Hématopoïèse Conclusion
Processus complexe de fabrication des éléments du sang Différenciation des cellules souches selon programme génétique et selon l’ environnement médullaire Système très performant et finement régulé plusieurs centaines de milliards de cellules par jour Permet une meilleure compréhension des hémopathies malignes Nombreuses applications thérapeutiques facteurs de croissance Greffes Thérapie génique

46 Système Immunitaire: Les acteurs
auto-renouvellement Cellules souches Système Immunitaire: Les acteurs

47 Système Immunitaire et hématopoïèse

48 Réponse immunitaire Microbes Bactéries, virus parasites, champignons
Immunité Innée Immunité adaptative Complément CD4 CD8 Cellulaire Lymphocytes T Macrophage Tissus Lymphocyte B Polynucléaire N Cellule Dendritique Humorale Monocyte Plasmocyte NK Phagocytose Migration Périphérie Organes lymphoïdes Ganglion Agression Plaie, effraction Inflammation

49 Réponse immunitaire Tissu ou organe infecté sang thymus Lymphocyte B
Lymphocyte T T Antigène B Cellule Dendritique Lymphocyte B naïf Vx lymph sang B T T Vx lymph Ganglion lymphatique Activation Différenciation Recirculation sang sang T Vx lymph plasmocyte T T effecteur cytotoxique T, B mémoire Anticorps

50 Réponse immunitaire Cellule dendritique: présentatrice d’antigène
Au cœur de la réponse immunitaire

51 La réponse immunitaire
Innée: quelques heures (0-12h) Spécificité limité (groupe de microbes) Diversité limitée Pas de mémoire Adaptative: 1 à 5 jours Spécificité pour antigènes microbien et non microbiens Diversité grande (récepteurs produit par recombinaison ADN) Mémoire: oui (réponse secondaire plus rapide si même antigène) Auto-régulation: Homéostasie Dans les 2 cas Pas de réactivité contre le « soi » (Tolérance) Reconnaissance du soi: « carte d’identité » des cellules: complexe majeur d’histocompatibilité (CMH)

52 Réponse immunitaire: chimiokines
Tissus Organes lymphoïdes

53 Réponse immunitaire: cytokines
Immunité Innée

54 Ontogenèse des lymphocytes T
et différenciation B Lymphocyte T immature thymus Lymphocyte T mature Progéniteur Commun Cellules souches Organes Ganglion lymphatique Lymphocyte B naïf T effecteur Moelle osseuse B mémoire plasmocyte

55 Ontogenèse des lymphocytes T
et différenciation B Lymphocyte T immature thymus Lymphocyte T mature Progéniteur Commun Cellules souches Organes Ganglion lymphatique Lymphocyte B naïf Moelle osseuse B mémoire plasmocyte

56 Réponse immunitaire dans le centre germinatif: maturation d’affinité
Réseau de cellules Folliculaires dendritiques T plasmocyte T Ag T Ag Cellule B naive B Ag Cellule B mémoire Ag Ag T Formation de B mémoire Sécretion d’Ig Proliferation cellulaire (6-8 h /division) Expansion clonale Puis apoptose massive mutation somatiques Commutation isotypique selection d’isotype par antigene

57 Réponse immunitaire pathologique

58 Réponse immunitaire pathologique
Ganglions splénomégalie Syndrome Immunoprolifératifs (lymphoprolifératifs) Immunoglobuline monoclonale Déficit Immunitaire: Héréditaire ou acquis, cellulaire et/ou humoral Auto-immunité: Maladies autoimmune systémiques, cytopénie auto-immune Inflammation: Maladie inflammatoire chronique héréditaire ou acquise (polyarthrite rhumatoïde, Crohn, RCH…)

59 Ontogenèse des lymphocytes T
et différenciation B Lymphocyte T immature thymus Lymphocyte T mature Progéniteur Commun Deficit Immunitaire Héréditaire ou acquis Cellules souches Organes Ganglion lymphatique Lymphocyte B naïf Moelle osseuse B mémoire plasmocyte

60 Auto-immunité et inflammation

61 Système immunitaire Applications Immunothérapies

62 Immunothérapies Anticorps monoclonaux (Rituximab, anti-TNF…..)
Immunoglobulines polyvalentes Immunosuppresseurs Immunothérapie adoptive (transfert de lymphocytes cytotoxiques) Vaccinations (anti-infectieuse et anti-tumorale) Greffe d’organe et de moelle osseuse