Des cellules souches pour guérir la rétine ?
Parmi les pistes de traitement thérapeutique des maladies dégénératives de la rétine, la réparation cellulaire a pris son essor au début des années 2000 suite à la découverte de cellules souches dans la rétine de souris adultes. Le chemin est toutefois semé d’embûches.
La greffe réparatrice de cellules souches est une méthode médicale encore balbutiante. Mais elle mobilise de par le monde de plus en plus d’équipes de recherche spécialisées dans la thérapie des maladies de la rétine. Elle offre en effet des perspectives de guérison lorsque les cellules photosensibles ont en grande partie dégénéré, ou même pour les personnes rendues aveugles du fait de cette dégénérescence. Elle seule est à même, en théorie, de régénérer des cellules photoréceptrices viables et leurs connexions fonctionnelles et donc de « réparer » une rétine endommagée.
Les « cellules souches » se définissent par leur capacité à s’auto-renouveler à l’identique en se divisant à l’infini (capacité de prolifération) et à produire des cellules spécialisées (processus dit de différenciation).
Les cellules souches embryonnaires (cellules ES, Embryonic Stem cells) sont des cellules souches présentes dans l’embryon peu de temps après la fécondation jusqu’au stade de développement dit de blastocyste ; elles sont capables de se différencier en n’importe quel type cellulaire (pluripotence).
Les cellules souches adultes sont issues de tissus adultes. Elles ne peuvent se différencier qu’en un petit nombre de types cellulaires (multipotence).
Les progéniteurs sont des cellules souches déjà engagées dans une voie de différenciation. Le terme « précurseur » désigne l’état qui précède un stade différencié, à savoir un progéniteur sorti du cycle cellulaire.
Si plusieurs équipes ont obtenu des résultats prometteurs après transplantation de différentes sources de cellules souches ou progéniteurs dans certains modèles animaux de dégénérescence des photorécepteurs, la formation de nouveaux photorécepteurs et une restauration visuelle satisfaisante n’ont pu être clairement démontrées.
L’Institut de la vision a décidé de différer des expérimentations de transplantation qui pourraient se révéler hasardeuses. On connaît en effet encore très mal les mécanismes qui transforment des cellules immatures telles que les cellules souches ou les « progéniteurs » de la rétine en neurones différenciés ayant des fonctions bien spécifiques et complexes, comme les photorécepteurs.
Au sein de l’institut, l’équipe d’Olivier Goureau mise sur des outils d’analyse fine des gènes exprimés dans la rétine (analyse du transcriptome) à différents stades de son développement afin d’identifier les passages clés de la différenciation des cellules souches. « La décision prise par une cellule progénitrice de la rétine de s’orienter dans une voie ou une autre – outre les photorécepteurs (cônes et bâtonnets), il existe six types cellulaires dans la rétine – dépend d’une multitude de facteurs intracellulaires et extracellulaires qui peuvent agir chacun sur l’expression de plusieurs dizaines de gènes », explique Olivier Goureau.
Par exemple, les chercheurs de l’institut ont montré que le facteur neurotrophique ciliaire, le CNTF (Ciliary Neurotrophic Factor), identifié comme un inhibiteur de la différenciation des photorécepteurs, modifie l’expression d’au moins 100 gènes dans la rétine de rat nouveau-nés – un bon modèle de rétine en développement car elle n’est pas fonctionnelle avant le dixième jour suivant la naissance. La complexité de la différenciation demande donc de consolider les connaissances avant d’expérimenter.
La nécessité de cette approche fondamentale a été confirmée par les résultats expérimentaux récents. L’équipe du Dr Robin Ali (Institut d’ophtalmologie, Londres), en collaboration avec l’équipe du Dr Anand Swaroop (département d’ophtalmologie, University of Michigan Kellogg Eye Center, Ann Arbor, Etats-Unis), a montré en 2006 que seuls les « précurseurs » rétiniens tardifs, ayant déjà passé le seuil qui les mène à la différenciation finale en photorécepteurs, sont capables de s’intégrer et de se différencier en photorécepteurs, améliorant ainsi la vision de souris dont les bâtonnets ont dégénéré. Les cellules équivalentes chez l’homme devraient être prélevées chez un fœtus au second trimestre de la grossesse, ce qui serait évidemment impossible !
La seule solution envisageable semble donc de cultiver des cellules souches in vitro – à partir d’une source qui resterait à identifier : rétines de fœtus, « marge ciliaire » de la rétine adulte, cellules souches non oculaires comme les progéniteurs cérébraux de fœtus ? – et de parvenir à les faire se différencier en photorécepteurs afin de transplanter ensuite ces derniers. Sans compréhension détaillée des différentes étapes de la différenciation, les chances de parvenir au but sont infimes.
Coupe d’un œil de souris montrant la localisation de la marge ciliaire. La rétine de mammifère est constituée de la neurorétine (rn) (photorécepteurs et autres couches de neurones) qui repose su run épithélium pigmenté (ep). La marge ciliaire (mc) est composée de cellules pigmentées recouvrant les muscles lisses ciliaires. C : cristallin ; co : cornée ; i : iris. Barre : 70 μm. © O. Goureau/Institut de la vision
Les cellules souches de la rétine adulte
Elles ont d’abord été découvertes chez les poissons et les amphibiens, principalement dans la zone appelée marge ciliaire, correspondant à un épithélium de cellules pigmentées situé à la périphérie de la rétine. Là, elles donnent continuellement naissance à de nouveaux neurones et à d’autres cellules nerveuses (les cellules gliales de Müller), et permettent ainsi une croissance continue de la rétine et sa réparation en cas de blessure. Chez les mammifères adultes, l’existence de cellules souches ou progénitrices de la rétine n’a été confirmée qu’en 2000, là encore au niveau de la marge ciliaire. Leur proportion est inférieure à 0,5 % des cellules de cette zone. Elles peuvent cependant proliférer en culture pour former des colonies sphériques, ou neurosphères, contenant jusqu’à 13 000 cellules au septième jour.
Une des premières étapes vers la connaissance des mécanismes de différenciation : serait d’identifier tous les gènes réprimés ou surexprimés à chacune des étapes de différenciation et le rôle de différents facteurs isolés dans la rétine. Deuxième étape : tester les mécanismes moléculaires induits par la sous-expression ou la surexpression d’un gène donné, et leur influence sur la formation des photorécepteurs.
Pour cela, l’équipe d’Olivier Goureau utilise une technique d’électroporation (application d’impulsions électriques à voltage élevé), réalisée sur des « explants » de rétine de souris, qui facilite le transfert de gènes dans les cellules rétiniennes. En complément, une approche in vivo sur des embryons de poulet (des œufs) à différents stades de développement est développée en utilisant un rétrovirus aviaire.
Embryon de poulet dans lequel un rétrovirus code une protéine verte fluorescente au niveau de la rétine de l’œil (à droite).
© Institut de la vision
Parallèlement, l’Institut de la vision a entamé une collaboration avec l’équipe de Farlan Veraitch à Londres (Department of Biochemical Engineering, University College of London) afin de déterminer les conditions de culture les plus aptes à la différenciation des cellules souches embryonnaires humaines en photorécepteurs. En effet, en admettant que l’on parvienne à volonté à faire se différencier des cellules souches dans la direction choisie, leur production exigera des conditions de croissance parfaitement maîtrisées et standardisées.
Pour en savoir plus :
- O. Goureau et J-A Sahel (2006) Cellules souches rétiniennes : mécanisme de différenciation et potential thérapeutique, Pathol. Biol. 54 p64.
- T. Léveillard et al. (2007) La transplantation de photorécepteurs immatures : Un moyen pour réparer la rétine, Médecine/Science, mars 2007, 23, n° 3.
- R.E. MacLaren, R.A. Pearson (2007) Stem cell therapy and the retina, Eye 21 : 1352.
J.J. Perrier
