C’est quoi la thérapie cellulaire ?

Après notre article sur les principes de la thérapie génique, expliquée par Anne Galy, directrice de l’Unité de Recherche Inserm Integrare (UMR_S951) du Généthon, nous continuons notre exploration des thérapies innovantes avec la thérapie cellulaire. Cette fois, c’est Christelle Monville, enseignante-chercheuse à l’Université d’Evry-Val d’Essonne et chercheuse au laboratoire I-stem (l’Institut des Cellules Souches pour le Traitement et l’Etude des maladies Monogéniques) qui nous explique les grands principes de la thérapie cellulaire et fait le point sur les travaux de recherche de son équipe, financés par l’AFM-Téléthon.

Interview de Christelle Monville, enseignante-chercheuse à l’université d’Évry-Val d’Essonne et chercheuse au laboratoire Istem 

66 Millions d’Impatients : En quoi consiste la thérapie cellulaire et comment se différencie t-elle de la thérapie génique qui utilise également des cellules ?

Christelle Monville : La thérapie cellulaire consiste soit à produire des cellules issues d’un donneur sain dans un laboratoire soit à prélever des cellules chez un patient, puis éventuellement à les modifier afin de leur attribuer une fonction précise, pour les réimplanter au patient.
Pour faire le distinguo entre la thérapie génique et la thérapie cellulaire, je fais souvent une analogie avec le vélo. Si on a une crevaison et que l’on peut réparer le trou, on se situe dans les applications de la thérapie génique. Si on ne peut pas réparer le trou, on change alors la roue, et il s’agit alors de ce qui se rapproche de la thérapie cellulaire.

La méthode ex-vivo utilisée en thérapie génique (lire notre article sur les principes de la thérapie génique) mêle en réalité la thérapie cellulaire et la thérapie génique. Ce sont donc deux approches conjointes mais bien distinctes. Cela dit, en thérapie génique, on utilise forcément la culture cellulaire pour produire les vecteurs viraux, c’est à dire les virus (rendus inoffensifs) qui « transportent » les gênes-médicaments. La thérapie génique a donc besoin de la culture cellulaire, mais pas forcément de la thérapie cellulaire.

Concrètement quelles applications de la thérapie cellulaire peuvent bénéficier aux malades ?

L’une des plus connues, que l’on pratique depuis les années 1970, est d’utiliser des cellules souches cutanées pour produire de l’épiderme que l’on greffe chez les grands brûlés.
En fait, selon la maladie que l’on veut traiter, on va éventuellement aussi modifier les cellules. Cela dépend de la pathologie et de l’application que l’on veut en faire. D’ailleurs, c’est préférable, quand c’est possible de se passer de modification génétique des cellules, car c’est plus complexe donc plus risqué et que cela coûte très cher. C’est forcément moins coûteux de réussir à produire LA CELLULE qui va convenir au plus grand nombre de patient que de modifier les cellules de chaque patient.

C’est le cas par exemple des bébés-bulles, qui ont un problème de défense immunitaire. On a obtenu des résultats extrêmement encourageants, puisqu’a priori ces enfants guérissent grâce à une injection unique, grâce à une méthode qui consiste à prélever des cellules chez ces enfants malades, de corriger ces cellules en laboratoire grâce à la thérapie génique puis de les réinjecter chez les enfants. Cela s’appelle une autogreffe, puisque les cellules utilisées sont autologues, c’est à dire qu’elles sont issues du patient lui-même.

Pour d’autres types de pathologies, on va utiliser des cellules issues de donneurs qui seront implanter chez les malades. On parle alors d’allogreffe puisqu’on utilise des cellules extérieures au patient. Ces cellules sont dites « allogènes ». A priori, on n’aura pas besoin de corriger les cellules allogènes puisqu’elles sont censées ne pas présenter d’anomalies mais cela peut arriver. C’est l’une des approches retenues pour soigner le diabète de type 1. Dans ce type de diabète qui concerne environ 10% des patients diabétiques, à un moment donné, les cellules ne produisent pas assez d’insuline. On peut alors « réparer cette anomalie » en injectant des cellules modifiées par thérapie génique, qui deviennent des cellules « super-productrices » d’insuline.

Quand on prélève des cellules allogènes pour soigner du diabète ou de l’arthrose par exemple, comment être sûr que le donneur n’a pas une prédisposition à ces maladies sans les avoir encore développer ?

Les chercheurs, cliniciens et médecins qui travaillent sur ces approches ont repéré des marqueurs qui leur permettent d’exclure des donneurs qui ne conviendraient pas pour la pathologie à traiter. C’est évident pourtant que l’on a l’histoire de la cellule au moment du prélèvement chez le donneur. Est-ce qu’au bout de 10 ou 20 ans, elle ne va pas déclencher un processus pathologique, nous ne pouvons jamais en avoir vraiment la certitude.
Ce point soulève la problématique du don d’organe ou de tissu puisque l’on n’a pas assez de donneurs par rapport aux attentes des receveurs. Nous essayons donc de trouver des méthodes alternatives, dont l’une d’elle concerne les cellules pluripotentes, c’est à dire des cellules qui ont deux propriétés cardinales.

Il y a donc plusieurs types de cellules à partir desquelles on développe la thérapie cellulaire ?

La plupart des essais cliniques dans le monde se font à partir de cellules souches dites « multipotentes », sur lesquelles on a désormais un certain recul. Ces cellules ont une capacité de différenciation limitée. On utilise par exemple beaucoup les cellules mésenchymateuses, que l’on retrouve par exemple dans la moelle osseuse et dont les cellules dérivées principales sont les cellules sanguines. Ainsi, les cellules mésenchymateuses, à moins d’être modifiées ou cultivées dans des conditions très particulières, ne donneront pas des cellules de la peau ou du cerveau. Les utilisations de ces cellules sont donc restreintes à leur capacité de différenciation. Ces cellules vont être par exemple issues de donneurs de moelle osseuse.

Depuis plus récemment, les chercheurs, comme c’est notre cas à I-STEM, travaillent sur les cellules souches dite « pluripotentes », qui ont donc deux propriétés cardinales. La première est de pouvoir se multiplier à l’infini et la deuxième est que ces cellules peuvent se « différencier » c’est à dire donner naissance, à tous les tissus, tous les différents types de cellules de l’organisme. Dans l’absolu, à partir de ces cellules souches pluripotentes, on va pouvoir fabriquer toutes les cellules de l’organisme.

Il y a deux types de cellules souches pluripotentes. Les premières, les cellules souches embryonnaires sont connues depuis 1998, donc nous avons un peu plus de recul sur leur utilisation. Les secondes, les IPS, ont été mises en point en 2006/2007. Désormais, ces deux types de cellules pluripotentes font également l’objet d’études cliniques. Travailler avec des cellules pluripotentes est plus long car la phase de différenciation est plus complexe, les contrôles qualité sont très pointus et les coûts sont donc plus élevés que pour les travaux réalisés avec des cellules multipotentes.

Voyons plus en détails, ces deux types de cellules :

  • Les cellules souches embryonnaires sont prélevées entre le 5ème et le 7ème chez des embryons issus de la procréation médicalement assistée, en fécondation in vitro. Ce sont des embryons qui ne sont plus l’objet d’un projet parental et pour lesquels les parents ont donné leur consentement pour que nous puissions les utiliser. Cette procédure est soumise à la législation et au contrôle de l’Agence de la biomédecine. Ces cellules souches embryonnaires ayant un fort potentiel de prolifération, elles peuvent se multiplier en milliards de cellules. Par exemple, dans notre laboratoire qui existe depuis 2005, on travaille avec 4 lignées de cellules souches embryonnaires à partir desquelles on a généré des banques de cellules en quantité suffisante pour nos travaux et nous ne sommes pas obligés de repartir des cellules originelles.
    Des lignées de cellules souches embryonnaires ont été générées un peu partout dans le monde.

 

  • Les IPS, « Induced Pluripotent Stem cells » que l’on peut traduire par « cellules souches pluripotentes induites » ont été découvertes par un groupe de chercheurs japonais en 2006 chez la souris et en 2007 chez l’homme. Elles ont été obtenues par modification génétique de cellules adultes. Les chercheurs japonais ont pris des cellules de la peau, que l’on appelle les kératinocytes et grâce à un cocktail de gènes, ils ont réussi à ce que la cellule adulte, d’une certaine façon « rembobine » son programme de différenciation pour redevenir une cellule souche embryonnaire. C’est comme si elle remontait dans le temps en changeant son programme génique et au lieu d’exprimer tous les caractères d’une cellule adulte, elle exprime tous les caractères d’une cellule pluripotente. Le fait d’avoir « effacer » son programme de cellule souche adulte lui confère les deux propriétés évoquées pour les cellules embryonnaires, à savoir, la prolifération à l’infini et le pouvoir de donner naissance à toutes les cellules de l’organisme. L’avantage d’utiliser ces cellules est que cela permet de contourner le problème éthique de la destruction de l’embryon. Cela dit cela peut soulever d’autres questions éthiques.
    Grâce à cette technique, on peut partir de n’importe quelle personne, que ce soit un donneur sain ou malade, pour avoir des modèles de pathologies ou un historique clinique. On peut avoir un tableau clinique associé à ces cellules puisqu’elles proviennent à la base de cellules adultes.

Un rejet de greffe de cellules se passe t-il de la même manière que pour une greffe d’organe ?

Cela va dépendre du type cellulaire, de l’endroit de l’organisme qui est traité, de la quantité de cellules injectées, etc. Les réactions sont assez variées. Pour l’instant, les essais cliniques qui ont démarré avec les cellules souches pluripotentes concerne surtout l’œil, qui est un organe plutôt privilégié, pour lequel on a moins de rejets de greffe que pour le cœur par exemple. Dans le cadre d’allogreffes, on est cependant obligé de traiter le patient avec des immunosuppresseurs, plus ou moins longtemps selon la partie du corps dans laquelle on va implanter les cellules. On a encore assez peu de recul sur ce qui passe pour les cellules pluripotente et on a longtemps cru qu’elles étaient « invisibles » pour le système immunitaire mais il s’avère que ce n’est pas complètement le cas.

Pour les cellules multipotentes, cela dépendra également de la source des cellules, selon que les patients sont en allogreffe (avec des cellules issues de donneurs) ou en autogreffe (avec ses propres cellules prélevées puis réinjectées). Avec les cellules multipotentes, les rejets sont moins dangereux pour le patient car il y a rarement des rejets de type « greffon vs hôte », comme cela peut se produire pour une greffe d’organe, qui peuvent déclencher une maladie chez le patient. Le principal risque c’est que les cellules greffées soient éliminées par l’organisme et que finalement l’effet thérapeutique souhaité ne soit pas au rendez-vous.

Avec les cellules pluripotentes, s’il y a un problème au moment de la différenciation, cela peut dans l’absolu entrainer des cancers ?

Comme les cellules pluripotentes se multiplient à l’infini, un des risques potentiels, si la différenciation n’est pas correctement effectuée, est effectivement que cette cellule dégénère en cancer. Quand on fabrique un produit de thérapie cellulaire à base de cellules pluripotentes, on regarde lors de multiples contrôles, si l’on a bien éliminé toutes les cellules souches pluripotentes. Il existe des techniques plus ou moins sensibles pour détecter ces cellules pluripotentes au milieu des cellules différenciées. L’un des tests consistent également à observer chez les animaux le développement, ou non, de tumeurs. Ces tumeurs sont en réalité ce que l’on appelle des « tératomes bénins », c’est à dire sans métastases. Le terme « bénin » est cependant trompeur car cela ne veut pas dire pour autant que ces tumeurs sont sans risque pour le patient.

Pouvez-vous nous parler de ces fameuses lignées de donneurs ?

Il y a actuellement des recherches, plus ou moins abouties, sur la fabrication de lignées « universelles » ou « super-donneurs » qui pourraient être tolérées par le plus grand nombre de patients. Pour schématiser, cela se passe un peu sur le modèle des groupes sanguins qui ont des petits marqueurs qui s’expriment à la surface des cellules et qui ont pour conséquence que certains groupes sanguins ne sont pas compatibles et qu’au contraire, le groupe O+ est toléré par tout le monde. Pour le rejet de greffe, il y a un schéma un peu identique que l’on appelle le système HLA (human leukocyte antigen) qui est lié à des marqueurs exprimés par nos cellules, qui sont invisibles à notre propre système immunitaire mais qui vont être repérés si on les met chez un hôte.

Or on sait qu’il existe des donneurs dont les marqueurs ne sont pas reconnus par la majorité de la population. C’est à partir de ces donneurs que l’on va essayer de générer des lignées cellulaires qui pourraient passer au travers des défenses immunitaires de la plupart des patients. Dans cet effort scientifique international pour produire des cellules IPS compatibles avec le plus grand nombre, sur tous les continents, les Japonais sont un peu en avance puisqu’ils ont déjà produit des lignées « super donneurs » et ont même commencé deux essais cliniques avec ces lignées. L’un des essais concerne les patients atteints de DMLA (dégénérescence maculaire liée à l’âge) et l’autre pour des patients atteints de la maladie de Parkinson. On estime avoir besoin de générer entre 50 et 100 lignées, un peu partout dans le monde, pour répondre aux besoins en termes de thérapie cellulaire pour l’ensemble de la planète.

En thérapie cellulaire, avez-vous, comme en thérapie génique, le même type d’enjeu par rapport au passage à la production des traitements à grande échelle ?

Tout à fait. Pour l’instant, sur les traitements à base de cellules pluripotentes notre production est encore assez limitée puisque nous travaillons encore sur la recherche, voire les essais cliniques. Mais quand on travaille avec les cellules pluripotentes sur des traitements pour la DMLA (dégénérescence maculaire liée à l’âge) par exemple, on sait que l’on parle de centaines de milliers de malades qu’il faudra pouvoir traiter.
A priori, avec les cellules pluripotentes, dans la mesure où elles sont capables de se multiplier à l’infini, la production à grande échelle ne devrait pas poser de problème. Nous sommes d’ailleurs déjà en train d’essayer d’adapter nos protocoles de production actuels sur des automates de culture, c’est à dire un système robotisé qui pourrait produire des milliards de cellules de qualité et éventuellement les congeler.

Sur quoi portent vos travaux avec votre équipe ?

À l’ISTEM, nous travaillons essentiellement sur les maladies génétiques de la rétine, plus précisément sur une famille de maladies que l’on appelle les rétinites pigmentaires. Ce sont des maladies génétiques rares, qui concernent les cellules photo-réceptrices, c’est à dire les cônes et les bâtonnets de notre rétine. Schématiquement, ces cellules convertissent le signal lumineux en signal électrique pour nous permettre de voir les images. Il y a d’autres cellules concernées par ce type de maladies, qui sont les cellules de soutien des photorécepteurs, qui se trouvent juste derrière et sont les cellules pigmentées de notre rétine. Quand elles meurent, elles entraînent la mort des cellules photo-réceptrices.

À ce jour, nous avons réussi en laboratoire à fabriquer des cellules de l’épithélium, à refaire une sorte de petit « patch », comme un petit feuillet cellulaire de 5×3 millimètre que l’on peut greffer chez des patients atteints de certaines formes de rétinites pigmentaires, à savoir celles qui concernent justement l’épithélium. Chez ces patients, l’idée est de greffer cet épithélium avant que la maladie ne soit trop installée, avant que les photorécepteurs ne meurent, pour stopper l’évolution de la maladie.

Pour l’instant, nous avons procédé à toutes les études de sécurité, c’est à dire, comme nous l’avons évoqué plus haut, que nous avons notamment vérifié qu’il ne restait pas de cellules souches et qu’il n’y avait pas de prolifération anormale. Cela nous a pris presque une dizaine d’années d’élaborer ce patch et de faire les études et nous avons eu l’autorisation de démarrer l’essai clinique en janvier 2019. L’essai doit donc démarrer à l’automne 2019, en collaboration avec l’Institut de la Vision à Paris, le Centre hospitalier ophtalmologique des Quinze-Vingts et l’hôpital Saint-Louis.

Il s’agit d’une maladie génétique rare mais pour faire le lien avec les maladies fréquentes, ce sont les mêmes cellules qui vont mourir dans la DMLA (dégénérescence maculaire liée à l’âge). L’idée est donc aussi de pouvoir appliquer ce patch, éventuellement chez des patients atteints de DMLA, si nous obtenons de bons résultats sur les premiers essais cliniques. On peut imaginer un essai clinique dans ce sens d’ici 2 ans environ.

Quels sont les projets de recherche en thérapie cellulaire qui vous inspirent en ce moment ?

Il y a des travaux qui émergent et qui, selon moi, représentent une vraie révolution : c’est le fait de mélanger la technique de l’impression 3D avec celles des cellules pluripotentes et la médecine régénérative. On peut ainsi produire des couches de cellules, les organiser en 3 dimensions. On peut imaginer que dans quelques années, on parviendra à fabriquer en laboratoire de petits organes susceptibles d’être greffés. Ce n’est plus de l’ordre de la science-fiction désormais.

crédit photo : ©C.Hargoues

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