EN QUOI LE CLONAGE REPRODUCTIF DIFFÈRE-T-IL DE LA RECHERCHE SUR LES CELLULES SOUCHES?
Les travaux récents et en cours sur les cellules souches qui sont brièvement résumés ci-dessous et discutés plus en détail dans un récent rapport des Académies nationales intitulé Les cellules souches et l’avenir de la médecine régénérative ne sont pas directement liés au clonage reproductif humain. Cependant, l’utilisation d’une étape initiale commune – appelée transplantation nucléaire ou transfert nucléaire de cellules somatiques —SCNT) – a conduit le Congrès à examiner des projets de loi interdisant non seulement le clonage de la reproduction humaine, mais également certains domaines de la recherche sur les cellules souches. Les cellules souches sont des cellules qui ont la capacité de se diviser à plusieurs reprises et de donner naissance à la fois à des cellules spécialisées et à davantage de cellules souches. Certaines, comme certaines cellules souches sanguines et cérébrales, peuvent être dérivées directement d’adultes et d’autres peuvent être obtenues à partir d’embryons préimplantatoires. Les cellules souches dérivées d’embryons sont appelées cellules souches embryonnaires (cellules ES). Le rapport susmentionné des Académies nationales fournit un compte rendu détaillé de l’état actuel de la recherche sur les cellules souches.
Les cellules ES sont également appelées cellules souches pluripotentes parce que leur descendance comprend tous les types de cellules que l’on peut trouver dans un embryon post-implantatoire, un fœtus et un organisme complètement développé. Ils sont dérivés de la masse cellulaire interne des embryons précoces (blastocystes). Les cellules de la masse cellulaire interne d’un blastocyste donné sont génétiquement identiques, et chaque blastocyste ne produit qu’une seule lignée cellulaire ES. Les cellules souches sont plus rares et plus difficiles à trouver chez les adultes que dans les embryons préimplantatoires, et il s’est avéré plus difficile de transformer certains types de cellules souches adultes en lignées cellulaires après l’isolement.
La production de différentes cellules et tissus à partir de cellules ES ou d’autres cellules souches est un sujet de recherche en cours. La production d’organes entiers autres que la moelle osseuse (à utiliser dans la greffe de moelle osseuse) à partir de ces cellules n’a pas encore été réalisée et son succès éventuel est incertain.
L’intérêt actuel pour les cellules souches provient de leur potentiel pour la transplantation thérapeutique de cellules, de tissus et d’organes sains particuliers chez des personnes souffrant de diverses maladies et de troubles débilitants. La recherche sur les cellules souches adultes indique qu’elles peuvent être utiles à de telles fins, y compris pour des tissus autres que ceux dont les cellules ont été dérivées. Sur la base des connaissances actuelles, il semble peu probable que les adultes se révèlent être une source suffisante de cellules souches pour toutes sortes de tissus. Les lignées cellulaires ES présentent un intérêt potentiel pour la transplantation car une lignée cellulaire peut se multiplier indéfiniment et peut générer non seulement un type de cellule spécialisée, mais de nombreux types différents de cellules spécialisées (cerveau, muscle, etc.) qui pourraient être nécessaires pour les transplantations. Cependant, beaucoup plus de recherches seront nécessaires avant que l’ampleur du potentiel thérapeutique des cellules souches adultes ou des cellules ES ne soit bien comprise.
L’une des questions les plus importantes concernant le potentiel thérapeutique des cellules souches est de savoir si les cellules, les tissus et peut-être les organes qui en sont dérivés peuvent être transplantés avec un risque minimal de rejet de greffe. Idéalement, les cellules souches adultes avantageuses pour la transplantation pourraient provenir des patients eux-mêmes. Ces cellules, ou tissus qui en sont dérivés, seraient génétiquement identiques à ceux du patient et ne seraient pas rejetés par le système immunitaire. Cependant, comme décrit précédemment, la disponibilité de cellules souches adultes suffisantes et leur potentiel pour donner naissance à une gamme complète de types de cellules et de tissus sont incertains. De plus, dans le cas d’un trouble d’origine génétique, les propres cellules souches adultes d’un patient porteraient le même défaut et devraient être cultivées et génétiquement modifiées avant de pouvoir être utilisées pour une transplantation thérapeutique.
L’application du transfert nucléaire de cellules somatiques ou de la transplantation nucléaire offre une voie alternative à l’obtention de cellules souches qui pourraient être utilisées pour des thérapies de transplantation avec un risque minimal de rejet de greffe. Cette procédure – parfois appelée clonage thérapeutique, clonage de recherche ou clonage non productif, et appelée ici transplantation nucléaire pour produire des cellules souches — serait utilisée pour générer des cellules ES pluripotentes génétiquement identiques aux cellules d’un receveur de greffe. Ainsi, comme les cellules souches adultes, ces cellules ES devraient améliorer le rejet observé avec des greffes inégalées.
Deux types de cellules souches adultes — les cellules souches de la moelle osseuse formant le sang et les cellules souches de la peau – sont les deux seules thérapies à base de cellules souches actuellement utilisées. Mais, comme l’indique le rapport des Académies nationales intitulé Les cellules souches et l’avenir de la médecine régénérative, de nombreuses questions demeurent avant que le potentiel d’autres cellules souches adultes puisse être évalué avec précision. Peu d’études sur les cellules souches adultes ont suffisamment défini le potentiel de la cellule souche en partant d’une seule cellule isolée, ou défini l’environnement cellulaire nécessaire à une différenciation correcte ou les facteurs contrôlant l’efficacité avec laquelle les cellules repeuplent un organe. Il est nécessaire de montrer que les cellules dérivées de cellules souches adultes introduites contribuent directement à la fonction tissulaire et d’améliorer la capacité de maintenir des cellules souches adultes en culture sans que les cellules se différencient. Enfin, la plupart des études qui ont attiré autant d’attention ont utilisé des cellules souches de souris plutôt que des cellules souches adultes humaines.
Les cellules ES ne sont pas sans leurs propres problèmes potentiels en tant que source de cellules pour la transplantation. La croissance des cellules ES humaines en culture nécessite une couche « nourricière » de cellules de souris pouvant contenir des virus, et lorsqu’elles sont autorisées à différencier les cellules ES, elles peuvent former un mélange de types cellulaires à la fois. Les cellules ES humaines peuvent former des tumeurs bénignes lorsqu’elles sont introduites chez des souris, bien que ce potentiel semble disparaître si les cellules sont autorisées à se différencier avant l’introduction chez un receveur. Des études avec des cellules ES de souris se sont révélées prometteuses pour traiter le diabète, la maladie de Parkinson et les lésions de la moelle épinière.
Les cellules ES obtenues par transplantation nucléaire auraient l’avantage par rapport aux cellules souches adultes de pouvoir fournir pratiquement tous les types de cellules et de pouvoir être maintenues en culture pendant de longues périodes. Les connaissances actuelles sont cependant incertaines, et des recherches sur les cellules souches adultes et les cellules souches obtenues par transplantation nucléaire sont nécessaires pour comprendre leurs potentiels thérapeutiques. (Ce point est clairement énoncé dans la conclusion et la recommandation 2 de Stem Cells and the Future of Regenerative Medicine qui stipule, en partie, que « des études sur les cellules souches humaines embryonnaires et adultes seront nécessaires pour faire progresser le plus efficacement possible le potentiel scientifique et thérapeutique de la médecine régénérative. ») Il est probable que les cellules ES seront initialement utilisées pour générer des types de cellules uniques pour la transplantation, telles que des cellules nerveuses ou des cellules musculaires. À l’avenir, en raison de leur capacité à donner naissance à de nombreux types de cellules, ils pourraient être utilisés pour générer des tissus et, théoriquement, des organes complexes pour la transplantation. Mais cela nécessitera la perfection des techniques pour diriger leur spécialisation dans chacun des types cellulaires composants, puis l’assemblage de ces cellules dans la proportion et l’organisation spatiale correctes pour un organe. Cela peut être raisonnablement simple pour une structure simple, comme un îlot pancréatique qui produit de l’insuline, mais c’est plus difficile pour des tissus aussi complexes que ceux des poumons, des reins ou du foie.
Les procédures expérimentales requises pour produire des cellules souches par transplantation nucléaire consisteraient en le transfert d’un noyau de cellule somatique d’un patient dans un œuf énucléé, la culture in vitro de l’embryon au stade de blastocyste et la dérivation d’une lignée cellulaire ES pluripotente à partir de la masse cellulaire interne de ce blastocyste. De telles lignées de cellules souches seraient ensuite utilisées pour dériver des cellules spécialisées (et, si possible, des tissus et des organes) en culture de laboratoire pour une transplantation thérapeutique. Une telle procédure, si elle réussit, peut éviter une cause majeure de rejet de greffe. Cependant, cette proposition présente plusieurs inconvénients possibles. Des expériences avec des modèles animaux suggèrent que la présence de protéines mitochondriales divergentes dans les cellules peut créer des antigènes de transplantation « mineurs » pouvant provoquer un rejet ; cela ne poserait pas de problème si l’ovule était donné par la mère du receveur de la greffe ou la receveuse elle-même. Pour certaines maladies auto-immunes, la transplantation de cellules clonées à partir des propres cellules du patient peut être inappropriée, en ce sens que ces cellules peuvent être des cibles du processus destructeur en cours. Et, comme pour l’utilisation de cellules souches adultes, dans le cas d’un trouble d’origine génétique, les cellules ES dérivées par transplantation nucléaire à partir des propres cellules du patient porteraient le même défaut et devraient être cultivées et génétiquement modifiées avant de pouvoir être utilisées pour une transplantation thérapeutique. L’utilisation d’une autre source de cellules souches est plus susceptible d’être réalisable (bien qu’une immunosuppression soit nécessaire) que la tâche difficile de corriger le ou les gènes impliqués dans la maladie dans des cellules souches adultes ou dans une lignée de cellules souches dérivées d’une transplantation nucléaire initiée avec un noyau du patient.
En plus de la transplantation nucléaire, il existe deux autres méthodes permettant aux chercheurs de dériver des cellules ES avec une hotte de likeli réduite pour le rejet. Une banque de lignées cellulaires ES couvrant de nombreux maquillages génétiques possibles est une possibilité, bien que le rapport des Académies nationales intitulé Les cellules souches et l’avenir de la médecine régénérative ait jugé cela « difficile à concevoir ». Alternativement, les cellules souches embryonnaires pourraient être conçues pour éliminer ou introduire certaines protéines de surface cellulaire, rendant ainsi les cellules invisibles au système immunitaire du receveur. Comme avec l’utilisation proposée de nombreux types de cellules souches adultes dans la transplantation, aucune de ces approches ne porte quelque chose de proche d’une promesse de succès pour le moment.
La préparation de cellules souches embryonnaires par transplantation nucléaire diffère du clonage reproducteur en ce sens que rien n’est implanté dans un utérus. La question de savoir si les cellules ES seules peuvent donner naissance à un embryon complet peut facilement être mal interprétée. Les titres de certains rapports suggèrent que les embryons de souris peuvent être dérivés de cellules ES seules. Dans tous les cas, cependant, les cellules ES doivent être entourées de cellules dérivées d’un embryon hôte, en particulier du trophoblaste et de l’endoderme primitif. En plus de faire partie du placenta, les cellules trophoblastiques du blastocyste fournissent à l’embryon des signaux ou des signaux de structuration essentiels qui sont nécessaires pour déterminer l’orientation de son futur axe de la tête et de la croupe (antérieur-postérieur). Ces informations de position ne sont pas déterminées génétiquement, mais sont acquises par les cellules trophoblastes à partir d’événements déclenchés peu après la fécondation ou l’activation de l’œuf. De plus, il est essentiel que les indices de position soient transmis aux cellules internes du blastocyste pendant une fenêtre temporelle spécifique de développement. Les masses cellulaires internes isolées de blastocystes de souris ne s’implantent pas seules, mais le feront si elles sont combinées avec des vésicules trophoblastiques d’un autre embryon. En revanche, les amas isolés de cellules ES de souris introduites dans les vésicules trophoblastiques ne donnent jamais naissance à quelque chose ressemblant à distance à un embryon de postimplantation, par opposition à une masse désorganisée de trophoblastes. En d’autres termes, la seule façon de faire participer les cellules ES de souris au développement normal est de leur fournir des cellules embryonnaires hôtes, même si ces cellules ne restent pas viables tout au long de la gestation (Richard Gardner, communication personnelle). Il a été rapporté que les cellules ES humaines et primates peuvent donner naissance à des cellules trophoblastes en culture. Cependant, ces cellules trophoblastiques manqueraient vraisemblablement des indices de position normalement acquis lors du développement d’un blastocyste à partir d’un œuf. À la lumière des résultats expérimentaux avec des cellules ES de souris décrites ci-dessus, il est très peu probable que des amas de cellules ES humaines placées dans un utérus s’implantent et se développent en fœtus. Il a été rapporté que des amas de cellules ES humaines en culture, comme des amas de cellules ES de souris, donnent lieu à des agrégats désorganisés appelés corps embryoïdes.
Outre leurs utilisations pour la transplantation thérapeutique, les cellules ES obtenues par transplantation nucléaire pourraient être utilisées en laboratoire pour plusieurs types d’études importantes pour la médecine clinique et pour la recherche fondamentale en biologie du développement humain. De telles études n’ont pas pu être réalisées avec des cellules ES de souris ou de singe et ne sont probablement pas réalisables avec des cellules ES préparées à partir de blastocystes normalement fécondés. Par exemple, des cellules ES dérivées d’humains atteints de maladies génétiques pourraient être préparées par transplantation nucléaire et permettraient d’analyser le rôle des gènes mutés dans le développement des cellules et des tissus et dans les cellules adultes difficiles à étudier autrement, telles que les cellules nerveuses du cerveau. Ce travail présente l’inconvénient de nécessiter l’utilisation d’ovules de donneur. Mais pour l’étude de nombreux types de cellules, il n’y a peut-être pas d’alternative à l’utilisation de cellules ES; pour ces types de cellules, la dérivation de lignées cellulaires primaires à partir de tissus humains n’est pas encore possible.
Si la différenciation des cellules ES en types cellulaires spécialisés peut être comprise et contrôlée, l’utilisation de la transplantation nucléaire pour obtenir des lignées de cellules ES humaines génétiquement définies permettrait la génération de lignées cellulaires génétiquement diverses qui ne peuvent pas être facilement obtenues à partir d’embryons congelés ou qui dépassent les besoins cliniques dans les cliniques de FIV. Ces derniers ne reflètent pas la diversité de la population générale et sont biaisés vers les génomes des couples dans lesquels la femelle est plus âgée que la période de fertilité maximale ou un partenaire est infertile. De plus, il pourrait être important de produire des cellules souches par transplantation nucléaire à partir d’individus atteints de maladies associées à des prédispositions génétiques héréditaires simples et complexes (à gènes multiples). Par exemple, certaines personnes ont des mutations qui les prédisposent à la « maladie de Lou Gehrig » (sclérose latérale amyotrophique, ou SLA); cependant, seules certaines de ces personnes tombent malades, probablement à cause de l’influence de gènes supplémentaires. De nombreuses prédispositions génétiques communes aux maladies ont des étiologies similaires et complexes; il est probable que d’autres maladies de ce type apparaîtront à mesure que les informations générées par le Projet sur le génome humain seront appliquées. Il serait possible, en utilisant des cellules ES préparées avec une transplantation nucléaire de patients et de personnes en bonne santé, de comparer le développement de telles cellules et d’étudier les processus fondamentaux qui modulent les préférences aux maladies.
Ni le travail avec les cellules ES, ni le travail conduisant à la formation de cellules et de tissus pour la transplantation, n’implique le placement de blastocystes dans un utérus. Ainsi, il n’y a pas de développement embryonnaire au-delà du stade de 64 à 200 cellules, ni de développement fœtal.