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Les cellules souches

lundi 10 décembre 2012

Cet article est publié en vue de la rencontre "Cellules souches : enjeux et promesses" à laquelle vous êtes convié le 18 décembre à Evry.

Nous sommes faits d’une juxtaposition de 100 000 milliards de cellules, environ. Il y en a une grande variété : cellules du sang, de la peau, du système nerveux, des muscles, du cœur, du cerveau, du foie, etc., on compte plus de 200 types différents.

On compte plus de 200 types différents de cellules dans le corps humain (ce dessin n’en montre qu’une toute petite partie !) -
© rob3000 - Fotolia.com

Certaines ne peuvent plus se diviser et se reproduire à l’âge adulte (cellules spécialisées du muscle, du cœur, du cerveau, etc.) et d’autres conservent le potentiel de se reproduire tout au long de la vie. Parmi celles-ci, il y a les cellules souches ("stem cells" en anglais).

Les cellules souches ont deux propriétés remarquables :
- La capacité de se reproduire pour former deux cellules-filles identiques à la cellule mère. Ce processus, qui s’appelle la mitose [1], se répète indéfiniment tant que les cellules restent indifférenciées.
- La capacité de se différencier, quand elles sont exposées à certains agents biochimiques, pour donner des cellules différentes de la cellule mère. Cette différenciation donne alors naissance à des cellules spécialisées (cellules du muscle, du cœur, du cerveau, etc.) pour former tous les tissus qui apparaissent au cours du développement humain.

Ces propriétés s’expriment in vivo, bien sûr, mais également in vitro, quand les scientifiques savent les mettre en culture, et c’est là tout leur intérêt : elles peuvent servir à remplacer des cellules déficientes par des cellules saines, ou à recréer des tissus détruits. C’est ce qu’on appelle la médecine régénérative.

Tous les êtres vivants pluricellulaires (animaux et végétaux) possèdent des cellules souches. Chez l’animal, et chez l’homme en particulier, les cellules souches sont présentes à tous les stades de développement. L’embryon de quelques jours porte des cellules souches dites « pluripotentes », capables de se multiplier indéfiniment et de se différencier en n’importe quel tissu de l’organisme, alors qu’aux stades de développement ultérieurs, chez l’enfant, chez l’adulte, nous portons des cellules souches qui ont déjà atteint un certain stade de différenciation : elles ne peuvent plus ni se multiplier indéfiniment, ni donner n’importe quel type de cellules.

LES CELLULES SOUCHES EMBRYONNAIRES

Les cellules souches embryonnaires sont les mères de toutes les cellules. On les rencontre aux premiers jours de la vie humaine…

À l’origine de chacun d’entre nous, il y a une cellule unique, l’œuf, née de la rencontre de l’ovule et d’un spermatozoïde [2]. Au bout de quelques heures, la cellule œuf se divise en deux cellules pour former l’embryon [3]. Puis les deux cellules se divisent à leur tour en deux autres cellules qui elles-mêmes se divisent en deux, au rythme d’environ une division par jour. Après 5 à 7 jours, l’embryon est devenu une petite boule [4] d’une centaine de cellules, dont une trentaine sont indifférenciées, non spécialisées : elles peuvent devenir n’importe quel type de cellules, celles de la moelle osseuse, de l’intestin, du foie, des muscles... Ce sont elles, les "cellules souches embryonnaires".

Comment notre corps fabrique des cellules souches avant de les différencier - © meletver - Fotolia.com

Au-delà du 7ème jour, la différenciation s’amorce. Petit à petit, les cellules souches perdent leur faculté de donner naissance à un nombre infini de cellules de toute sorte ; elles se spécialisent, par exemple en cellules du cœur, de la moelle osseuse, etc. A la fois différenciées et spécialisées, elles se rassemblent en tissus et s’organisent pour permettre le développement ordonné de l’organisme.
L’utilisation des cellules souches embryonnaires à des fins thérapeutiques suscite à la fois un intérêt majeur et des questions éthiques, puisqu’il faut sacrifier un embryon. Les embryons utilisés sont issus de fécondations in vitro. Ce sont des embryons écartés du projet parental, donc destinés de toute manière à être détruits. A noter que les laboratoires disposent de peu de lignées de cellules souches embryonnaires. Pour exemple, un laboratoire de renommée internationale comme I-Stem, l’institut des cellules souches, n’en a qu’une quarantaine.

LES CELLULES SOUCHES ADULTES

Chez l’individu après sa naissance, il reste encore une réserve de cellules souches, les "cellules souches adultes ", qu’on trouve dans la plupart des tissus humains [5]. Leur rôle est essentiel : celui de réparer et de régénérer. Elles assurent la pérennité du fonctionnement des organes en remplaçant les cellules qui sont mortes, que ce soit naturellement ou après une lésion. Les cellules souches adultes du sang, de la peau, des intestins fonctionnent en permanence, pendant toute la vie. Malheureusement, d’autres organes, comme le cœur et le pancréas, ne renferment pas de cellules souches adultes et n’ont donc aucune possibilité de régénération en cas de lésion.

Les cellules souches adultes ont plusieurs avantages : elles ne font pas appel à un embryon et évitent les risques de rejet (on réinjecte au patient ses propres cellules, ce sont des "greffes autologues"). En revanche, elles offrent moins de débouchés thérapeutiques que les cellules souches embryonnaires puisqu’elles ne peuvent produire que quelques types cellulaires apparentés au tissu d’origine.

LES CELLULES SOUCHES DITES « iPS » (induced pluripotent stem cells)

Depuis 2007, date de la découverte du chercheur japonais Shinya Yamanaka de quatre facteurs génétiques permettant de reprogrammer n’importe quelle cellule différenciée en cellule souche, il existe des "cellules souches pluripotentes induites", produites en laboratoire. Ce sont des cellules souches adultes différenciées (celles de la peau par exemple) reprogrammées génétiquement pour retrouver les mêmes potentialités que les cellules souches pluripotentes embryonnaires.
Cette découverte a valu à Shinya Yamanaka le prix Nobel de médecine 2012, avec John Gurdon, qui a joué un rôle de pionnier dans la compréhension de la reprogrammation cellulaire.


En savoir plus sur le potentiel de différenciation des cellules souches

Cellules souches toti/pluri/multi/uni-potentes : quelles différences ?

Toutes les cellules souches ont la capacité de se différencier mais à différents degrés : c’est pourquoi on les classe en toti/pluri/multi/uni-potentes (potente : du latin potens, puissant, capable d’action). Les cellules totipotentes et pluripotentes se trouvent uniquement chez l’embryon.
- Les cellules souches totipotentes peuvent devenir n’importe quelle cellule du corps humain et donc un organisme entier. Dans les premiers jours du développement embryonnaire, les 8 premières cellules issues de l’œuf sont totipotentes.
- Les cellules souches pluripotentes peuvent devenir n’importe quelle cellule du corps humain à l’exception des cellules placentaires (qui sont indispensables au développement du fœtus).
- Les cellules souches multipotentes sont capables de donner naissance à plusieurs types de cellules, mais toujours de la même famille. Exemple, les cellules souches de la moelle osseuse capables de se différencier en n’importe laquelle des cellules du sang (aussi bien les globules rouges qui transportent l’oxygène, que les globules blancs essentiels à la défense du corps ou les plaquettes).
- Les cellules souches unipotentes sont capables de donner naissance à un seul type de cellules, le leur (peau, foie, cerveau, etc.).


L’histoire des cellules souches en quelques dates

1860 - 1920
L’expression "cellules souches" apparaît dans quelques articles scientifiques portant sur l’analyse du développement embryonnaire et de la microscopie de la moelle osseuse.

1920
L’existence de cellules précurseurs à l’origine de toutes les cellules sanguines est suggérée chez le poulet.

1950-1960
Le concept de cellules souches adultes est avancé pour rendre compte du renouvellement du sang ou de la peau.

1980
Pour la première fois, on parvient à cultiver des cellules souches extraites d’embryons de souris.

1998
18 ans après les premières lignées de cellules souches embryonnaires chez la Souris, on réussit à isoler et à cultiver les premières cellules souches embryonnaires humaines, ouvrant des perspectives considérables dans le domaine de la thérapie cellulaire.

2006
Premières cellules souches pluripotentes induites (iPS) générées par la reprogrammation des cellules souches adultes de peau de souris. Les cellules modifiées iPS ont des caractéristiques similaires aux cellules souches embryonnaires.

2007
Premières cellules souches pluripotentes induites chez l’homme.

2010
Les premiers essais cliniques de thérapie cellulaire avec des cellules souches embryonnaires sont autorisés.

Notes

[1Ce processus s’appelle la mitose : une cellule, qui a répliqué son matériel génétique, se divise en deux pour former deux cellules-filles identiques possédant le même génome. Une cellule souche peut donc former des clones d’elle-même simplement par mitose.

[2L’ovule et le spermatozoïde apportant chacun 23 chromosomes, la cellule-œuf contient déjà un bagage génétique complet de 46 chromosomes, qui va faire de l’individu en devenir un être "unique en son genre".

[3Le développement embryonnaire dure trois mois. Au-delà et jusqu’au 9ème mois, terme de la grossesse, on parle de fœtus.

[4Ce stade du développement embryonnaire s’appelle le blastocyste. Le blastocyste a la taille de l’ovule de départ (0,15 mm) soit environ le diamètre d’un cheveu, c’est-à-dire la limite de ce que l’œil nu est capable de voir.

[5Les cellules souches dites adultes se trouvent chez l’individu après sa naissance, donc aussi bien chez l’enfant que chez l’adulte.

Documents joints

  • Document (JPEG – 33.8 ko)

    On compte plus de 200 types différents de cellules dans le corps humain (ce dessin n’en montre qu’une toute petite partie !) -
    © rob3000 - Fotolia.com

  • Document (JPEG – 23.9 ko)

    Comment notre corps fabrique des cellules souches avant de les différencier - © meletver - Fotolia.com

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