Biologie des cellules souches neurales

Cellule souche neurale, cellule largement indifférenciée provenant du système nerveux central. Les cellules souches neurales (NSC) ont le potentiel de donner naissance à des cellules progéniture qui se développent et se différencient en neurones et cellules gliales (cellules non neuronales qui isolent les neurones et améliorent la vitesse à laquelle les neurones envoient des signaux).

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La recherche a montré qu'il existe également des cellules souches dans le cerveau. Chez les mammifères, très peu de nouveaux neurones se forment après la naissance, mais certains neurones

Pendant des années, on a pensé que le cerveau était un système fermé et fixe. Même le célèbre neuroanatomiste espagnol Santiago Ramón y Cajal, qui a remporté le prix Nobel de physiologie en 1906 pour avoir établi le neurone comme cellule fondamentale du cerveau, ignorait les mécanismes de la neurogenèse (la formation de tissu nerveux) au cours de sa carrière autrement remarquable.. Il n'y a eu qu'une poignée de découvertes, principalement chez les rats, les oiseaux et les primates, dans la seconde moitié du 20e siècle, qui ont fait allusion à la capacité de régénération des cellules cérébrales. Pendant ce temps, les scientifiques ont supposé qu'une fois que le cerveau était endommagé ou commençait à se détériorer, il ne pouvait pas régénérer de nouvelles cellules de la même manière que d'autres types de cellules, telles que les cellules du foie et de la peau, pouvaient se régénérer. La génération de nouvelles cellules cérébrales dans le cerveau adulte était considérée comme impossible car une nouvelle cellule ne pourrait jamais s'intégrer pleinement dans le système complexe existant du cerveau. Ce n'est qu'en 1998 que des CSN ont été découverts chez l'homme, découverts d'abord dans une région du cerveau appelée hippocampe, qui était connue pour jouer un rôle déterminant dans la formation de souvenirs. Plus tard, les CSN se sont également révélés actifs dans les bulbes olfactifs (une zone qui traite l'odeur) et dormants et inactifs dans le septum (une zone qui traite les émotions), le striatum (une zone qui traite les mouvements) et la moelle épinière.

Aujourd'hui, les scientifiques étudient des produits pharmaceutiques qui pourraient activer des NSC dormants au cas où les zones où se trouvent les neurones seraient endommagées. D'autres voies de recherche cherchent à trouver des moyens de transplanter les NSC dans les zones endommagées et de les amener à migrer dans les zones endommagées. D'autres chercheurs sur les cellules souches cherchent encore à prélever des cellules souches à partir d'autres sources (c'est-à-dire des embryons) et à influencer ces cellules pour qu'elles se développent en neurones ou en cellules gliales. Les cellules souches les plus controversées sont celles obtenues à partir d'embryons humains, qui doivent être détruits pour obtenir les cellules. Les scientifiques ont pu créer des cellules souches pluripotentes induites en reprogrammant les cellules somatiques adultes (cellules du corps, à l'exclusion des spermatozoïdes et des ovules) grâce à l'introduction de certains gènes régulateurs. Cependant, la génération de cellules reprogrammées nécessite l'utilisation d'un rétrovirus, et donc ces cellules ont le potentiel d'introduire des virus cancérigènes nocifs chez les patients. Les cellules souches embryonnaires (ESC) possèdent un potentiel incroyable, car elles peuvent être transformées en n'importe quel type de cellules présentes dans le corps humain, mais des recherches supplémentaires sont nécessaires pour développer de meilleures méthodes d'isolement et de génération de ESC.

Le rétablissement après un AVC est un domaine de recherche où beaucoup a été découvert sur la promesse et la complexité de la thérapie par cellules souches. Deux approches principales peuvent être adoptées pour la thérapie par cellules souches: l'approche endogène ou l'approche exogène. L'approche endogène repose sur la stimulation des CSN adultes dans le propre corps du patient. Ces cellules souches se trouvent dans deux zones du gyrus denté (une partie de l'hippocampe) dans le cerveau, ainsi que dans le striatum (une partie des noyaux gris centraux situés profondément dans les hémisphères cérébraux), le néocortex (l'épaisseur extérieure de la cortex cérébral très alambiqué) et la moelle épinière. Dans les modèles de rats, des facteurs de croissance (substances médiatrices de la croissance cellulaire), tels que le facteur de croissance des fibroblastes-2, le facteur de croissance endothélial vasculaire, le facteur neurotrophique dérivé du cerveau et l'érythropoïétine, ont été administrés après des AVC dans le but d'induire ou d'améliorer la neurogenèse, évitant ainsi les lésions cérébrales et stimulant la récupération fonctionnelle. L'érythropoïétine, le facteur de croissance le plus prometteur dans les modèles de rats, favorise la prolifération des cellules progénitrices neurales et s'est avérée induire une neurogenèse et une amélioration fonctionnelle après un AVC embolique chez le rat. Cela a été suivi par des essais cliniques dans lesquels l'érythropoïétine a été administrée à un petit échantillon de patients ayant subi un AVC, qui ont finalement montré des améliorations spectaculaires par rapport aux individus du groupe placebo. L'érythropoïétine s'est également révélée prometteuse chez les patients atteints de schizophrénie et chez les patients atteints de sclérose en plaques. Cependant, d'autres études doivent être effectuées dans des groupes plus larges de patients afin de confirmer l'efficacité de l'érythropoïétine.

Les thérapies à base de cellules souches exogènes reposent sur l'extraction, la culture in vitro et la transplantation ultérieure de cellules souches dans les régions du cerveau touchées par un AVC. Des études ont montré que les CSN adultes peuvent être obtenus à partir du gyrus denté, de l'hippocampe, du cortex cérébral et de la substance blanche sous-corticale (couche sous le cortex cérébral). De véritables études de transplantation ont été menées chez des rats atteints de lésions de la moelle épinière à l'aide de cellules souches qui avaient été biopsiées de la zone sous-ventriculaire (zone sous-jacente aux parois des cavités cérébrales remplies de liquide, ou ventricules) du cerveau adulte. Heureusement, la biopsie n'a révélé aucun déficit fonctionnel. Il y a également eu des études chez le rat dans lesquelles des ESC ou des cellules souches neurales dérivées du fœtus et des cellules progénitrices (cellules indifférenciées; similaires aux cellules souches mais avec des capacités de différenciation plus étroites) ont été transplantées dans des régions du cerveau endommagées par un AVC. Dans ces études, les NSC greffés se sont différenciés avec succès en neurones et cellules gliales, et il y a eu une certaine récupération fonctionnelle. La principale mise en garde, cependant, avec les thérapies exogènes est que les scientifiques doivent encore comprendre pleinement les mécanismes sous-jacents de différenciation des cellules progénitrices et leur intégration dans les réseaux neuronaux existants. De plus, les scientifiques et les cliniciens ne savent pas encore comment contrôler la prolifération, la migration, la différenciation et la survie des NSC et de leurs descendants. Cela est dû au fait que les NSC sont partiellement réglementés par le microenvironnement spécialisé, ou niche, dans lequel ils résident.

Des recherches ont également été menées sur les cellules souches hématopoïétiques (CSH), qui se différencient généralement en cellules sanguines mais peuvent également être transdifférenciées en lignées neurales. Ces CSH se retrouvent dans la moelle osseuse, le sang du cordon ombilical et les cellules sanguines périphériques. Fait intéressant, ces cellules se sont avérées être spontanément mobilisées par certains types d'accidents vasculaires cérébraux et peuvent également être davantage mobilisées par le facteur de stimulation des colonies de granulocytes (G-CSF). Des études sur le G-CSF chez le rat ont montré qu'il peut conduire à une amélioration fonctionnelle après un AVC, et les essais cliniques chez l'homme semblent prometteurs. Des études exogènes ont également été menées chez des rats atteints de CSH. Les CSH ont été administrées localement sur le site des dommages dans certaines études ou administrées de manière systémique par transplantation intraveineuse dans d'autres études. Cette dernière procédure est tout simplement plus faisable et les CSH les plus efficaces semblent être ceux dérivés du sang périphérique.

Les recherches qui ont été menées sur les thérapies à base de cellules souches pour l'épilepsie et la maladie de Parkinson démontrent également la promesse et la difficulté de cultiver correctement les cellules souches et de les introduire dans un système vivant. En ce qui concerne les ESC, des études ont montré qu'ils sont capables de se différencier en neurones dopaminergiques (neurones qui transmettent ou sont activés par la dopamine), les motoneurones spinaux et les oligodendrocytes (cellules non neuronales associées à la formation de myéline). Dans des études visant à traiter l'épilepsie, des précurseurs neuronaux (ESN) dérivés de cellules souches embryonnaires de souris ont été transplantés dans les hippocampes de rats épileptiques chroniques et de rats témoins. Après la transplantation, aucune différence n'a été trouvée dans les propriétés fonctionnelles des ESN, car elles présentaient toutes les propriétés synaptiques caractéristiques des neurones. Cependant, il reste à voir si les ESN ont la capacité de survivre pendant de longues périodes dans l'hippocampe épileptique, de se différencier en neurones avec les fonctions hippocampiques appropriées et de supprimer les déficits d'apprentissage et de mémoire dans l'épilepsie chronique. D'un autre côté, les CSN ont déjà été observés pour survivre et se différencier en différentes formes fonctionnelles de neurones chez le rat. Cependant, il n'est pas clair si les NSC peuvent se différencier en différentes formes fonctionnelles en quantités appropriées et s'ils peuvent se synapse correctement avec des neurones hyperexcitables afin de les inhiber, limitant ainsi les crises.

Les traitements de la maladie de Parkinson sont également prometteurs et rencontrent des obstacles similaires. Des recherches cliniques ont été menées sur la transplantation de tissu mésencéphalique fœtal humain (tissu dérivé du mésencéphale, qui fait partie du tronc cérébral) dans la striate des patients parkinsoniens. Cependant, ce tissu est d'une disponibilité limitée, ce qui rend la transplantation ESC plus attrayante. En effet, la recherche a déjà montré que les neurones dopaminergiques transplantables - le type de neurones affectés dans la maladie de Parkinson - peuvent être générés à partir de CES de souris, de primates et d'humains. La seule différence majeure entre les ESC de souris et les ESC humains, cependant, est que les ESC humains mettent beaucoup plus de temps à se différencier (jusqu'à 50 jours). De plus, les programmes de différenciation pour les ESC humains nécessitent l'introduction de sérum animal afin de se propager, ce qui pourrait enfreindre certaines réglementations médicales, selon le pays. Les chercheurs devront également trouver un moyen de faire survivre les cellules progénitrices dopaminergiques dérivées de l'ESC plus longtemps après la transplantation. Enfin, il y a la question de la pureté des populations de cellules dérivées de l'ESC; toutes les cellules doivent être certifiées en tant que cellules précurseurs dopaminergiques avant de pouvoir être transplantées en toute sécurité. Néanmoins, les techniques de différenciation et de purification s'améliorent avec chaque étude. En effet, la génération de grandes banques de populations cellulaires pures et spécifiques pour la transplantation humaine reste un objectif réalisable.