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Magazine de prolongation de la durée de vie utile

LE Magazine en juillet 1999


Rapport


De retour au laboratoire De retour au laboratoire
Enveloppé dans la polémique, les cellules souche travaillent vers le haut d'un traitement

Tandis que la recherche primordialement se trouve en avant, les résultats prometteurs suggèrent que la thérapie de cellule souche embryonnaire humaine puisse fournir la clé à guérir les maladies potentiellement mortelles.

par Carmia Borek, pH. D.

L'été dernier les chercheurs à l'université du centre médical de Pittsburgh ont rapporté une première-un greffe scientifique de cellule nerveuse dans le cerveau, prévu pour renverser des dommages provoqués par une course. Le patient, une femme de 62 ans présentant la paralysie de côté droit et le discours altéré, ont été injectés avec des cellules nerveuses (neurones). L'opération était la première de 12 dans un test clinique de la phase I prévu pour étudier la sécurité de la procédure, et pour déterminer si le corps tolérerait ou rejetterait la greffe par les mécanismes immunisés. L'équipe médicale a prévu que la greffe améliorerait la fonction des cellules nerveuses endommagées ou remplacerait ceux qui ont été détruits. Il n'y avait des complications médicales pas importantes de la procédure ; le patient s'est, semble-t-il, senti bien. Depuis lors, d'autres patients de course ont reçu des greffes pour aider à expédier leur récupération.

La greffe réussie de nerf est un exploit clinique important. Puisque l'esprit humain adulte ne peut pas régénérer le tissu nerveux, le remplacement des cellules endommagées par l'intermédiaire des greffes est la seule technique qui peut aider la récupération. De près d'un an après que la greffe initiale, certains de patients a montré différents degrés de récupération douce, comme rapporté par les investigateurs lors d'une réunion scientifique. C'est un signe plein d'espoir.

Serait-il possible de développer un approvisionnement régulier en greffes pour remplacer un cerveau endommagé, un coeur endommagé ou un autre organe dans le besoin ? Hypothétiquement la réponse est « oui, » par des cellules de cultivation des embryons qui sont les cellules vides et non engagées, mais est capable de la division et de se développer (différenciation) en pratiquement tous autres types de cellules. Par la suite ces cellules souche pluripotent, car elles s'appellent, seraient cajolées pour se développer en tissus pour que la thérapie de transplantation répare les organes endommagés tels que le coeur, cerveau, rein et semblable.

Les scientifiques ont avec succès cultivé les cellules souche embryonnaires chez les souris. Ils ont dirigé les cellules souche se développer en différents types de cellules, étudiant les gènes et les facteurs environnementaux qui règlent leur développement, et les transplantant comme greffes qui fonctionnent comme tissus. Des cellules souche embryonnaires de primate ont été également cultivées. Mais les bonnes nouvelles sont venues en 1998 avec la démonstration que des cellules souche embryonnaires humaines peuvent être développées dans la culture. Les actualités ont attrapé l'imagination publique avec des visions des organes sur commande, et ont remué des organismes de normalisation de gouvernement dans des discussions sur l'éthique d'employer des cellules souche d'embryon humain pour la recherche et sur interdire le placement de gouvernement pour une telle recherche.

Tandis que l'accomplissement technique d'élever et de maintenir les cellules humaines embryonnaires vivantes est un exploit impressionnant, les défis se trouvent en avant. Il est important de noter qu'afin de réaliser le potentiel des cellules souche pour la thérapie humaine de transplantation et d'autres usages, les conditions qui leur permettent de mûrir dans le tissu désiré doit plus plus loin être étudié. Quelques indices du développement de cellule souche dans des végétaux et animaux peuvent aider à préparer le terrain.

Développement de globule sanguin La définition la plus simple d'une cellule souche est celle d'une cellule non mûre qui peut se reproduire et produire les cellules de fille qui sont les cellules mûres et différenciées. Il y a de divers types de tige cellule-tout clivage mais pas tout peut fonctionner comme cellules spéciales, y compris le coeur, le rein ou les cellules nerveuses. Cependant, quand les cellules souche se divisent en cellules de fille de reproduction, dans certaines conditions favorables, certaines de ces cellules de fille continuent « différencient. » Ils deviennent alors commis à fonctionner comme cellules du coeur, de rein, de cerveau et d'autres tissus. La capacité de se diviser en tant que cellules indifférenciées, et de produire un ou plusieurs types différenciés de cellules, est la caractéristique de noyau de la fonction de cellules souche dans le corps. Ces fonctions sont nécessaires pour le développement de l'embryon et pour réparer l'usure quotidienne des tissus durant toute la vie.

Dans certains tissus, des cellules sont remplacées constamment. Leurs cellules souche produisent les cellules différenciées pour remplacer les cellules dont le temps de survie est fini. Les globules rouges, les transporteurs de l'oxygène du corps, vivent seulement pendant 120 jours. Ils sont constamment remplacés par des neufs formés des cellules souche dans la moelle. Aux hautes altitudes où les niveaux de l'oxygène sont bas, comme les Andes à 14.000 pieds, les globules rouges supplémentaires sont produits pour aider à faire face aux approvisionnements à faible teneur en oxygène tout en s'adaptant aux nouveaux environs. Dans l'appareil digestif, les cellules souche intestinales différencient constamment dans les cellules qui rayent l'intestin, remplaçant ceux qui ont mué. Les cellules souche de peau font la peau, et les cellules souche dans les follicules pileux font des cheveux. Les cellules souche qui produisent un large éventail de cellules immunitaires différencient dans les cellules immunitaires mûres en réponse aux signaux spéciaux par les substances comme une hormone qui sont augmentées pendant l'infection et l'inflammation.

Les cellules souche embryonnaires, comme celles récemment cultivées des embryons humains, sont bien plus fascinantes. Aux parties du développement de l'embryon, quand l'oeuf fécondé a divisé seulement plusieurs fois, les cellules cultivées de ces derniers embryon-dans le blastocyst étape-peuvent provoquer essentiellement toute la cellule saisit le corps, les rendant pluripotent. Et, en effet, l'équipe rapportant la croissance des cellules souche d'embryon humain a également prouvé qu'une fois transplantées dans des souris, les cellules souche embryonnaires humaines ont formé un grand choix de tissus reconnaissables.

Des états de blessure et de maladie sont associés à la perte de cellules ou au dysfonctionnement cellulaire. La course est associée à la mort des cellules nerveuses (neurones) et de la perte de fonction de cerveau dans les secteurs affectés. Les gens avec la maladie d'Alzheimer , la maladie de Parkinson ou d'autres maladies neurodegenerative sont des victimes de la dégénérescence et de la mort lentes des cellules du cerveau. Une personne qui a juste eu une crise cardiaque grave peut être dans un état où les cellules dans une vaste zone du coeur sont mortes. Dans ce dernier cas, le résultat est que seulement une partie de son muscle cardiaque peut pomper le sang. Un écoulement insuffisant de l'oxygène et d'autres éléments nutritifs au cerveau et à d'autres organes suit, menaçant la vie.

Dans plusieurs de ces états malades, le remplacement de cellules par la transplantation est l'option souhaitable pour reconstituer la fonction de tissu. La transplantation de cellules a besoin de cellules souche qui produisent les cellules de fille identiques dans un processus de reproduction d'individu, aussi bien que crée les cellules de fille dont le destin est de différencier dans la cellule spécialisée exigée. La reproduction continue d'individu est essentielle pour deux raisons. Le premier est qu'il permet à des chercheurs de maintenir des greffes des tissus requis pour le traitement pendant de longues périodes. La deuxième raison est qu'elle permet la production et l'entretien d'un grand nombre de cellules non mûres qui pourraient être transplantées dans le tissu adulte et devenir, en principe, les cellules mûres fonctionnelles, incorporant elles-mêmes au tissu.

Dans le cas des globules rouges qui vivent seulement pendant 120 jours, la transplantation efficace des globules sanguins pourrait être réalisée en rétablissant au commencement une population de globule rouge qui a besoin d'une poussée, et en continuant le remplissage de la population de globule rouge comme la vieille meurt. C'est possible seulement avec les cellules souche transférées qui peuvent auto-remplacer pendant de longues périodes. Les transferts de moelle-cellule d'os employés pour remplacer les globules sanguins leucémiques cancéreux par les cellules normales sont peut-être les exemples les plus connus du remplacement de cellules pour reconstituer la fonction de tissu dans un tissu malade.

Il y a eu beaucoup d'efforts d'établir les cultures de cellule souche humaines des tissus adultes spécifiques qui ont rencontré peu de succès. Une approche alternative essayée était de cultiver les cellules souche pluripotent humaines qui peuvent se développer en différents types de cellules. Les cellules souche de Pluripotent avec la capacité de produire tous les types de cellules foetales et adultes existent seulement dans l'embryon tôt et dans une tumeur de cellule souche appelée le teratocarcinoma. Les cultures des cellules de teratocarcinoma ont été en service pendant quelque temps dans des investigations expérimentales. Bien que leur origine cancéreuse les rende impopulaires pour des buts thérapeutiques chez l'homme, ils réellement ne se comportent pas comme cellules cancéreuses lors de la différenciation dans les cellules mûres. En fait, les cellules nerveuses transplantées utilisées dans le patient de course étaient des cellules changées de teratocarcinoma.

Des cellules souche embryonnaires humaines qui peuvent se diviser et la réplique pendant de longues périodes ont été, semble-t-il, développées dans la culture dans deux exemples. Le premier, rapporté en novembre 1998 par Dr. James Thomson de l'université du Wisconsin et des collaborateurs, prouvée que des cellules des embryons tôt qui ont seulement quelques cellules (blastocysts) pourraient être cultivées in vitro et maintenues comme culture de diviser des cellules pendant plus de huit mois. Ces embryons étaient un résultat de fécondation in vitro et ont été donnés par les personnes impliquées. Les cellules ont eu toutes les caractéristiques de premières cellules souche embryonnaires de normale.

Thomson et les collègues ont constaté qu'une fois injectées dans des souris déshéritées de leurs systèmes immunitaires, pour éviter le rejet de greffe, les cellules embryonnaires humaines ont formé beaucoup de tissus humains reconnaissables. Ces cellules incluses de la doublure de l'intestin, de l'os, du cartilage, du muscle et du tissu nerveux. Même lorsque maintenu dans les plats dans des conditions commandées, les cellules souche embryonnaires différenciées dans les tissus embryonnaires distincts qui pourraient plus loin se développer en tissus spécialisés dans la croissance appropriée conditionne. Ainsi, la croissance et la différenciation in vitro pourraient permettre à des scientifiques d'étudier des événements développementaux, particulièrement aux parties, qui ne peuvent pas être étudiées directement dans l'embryon humain. Ceux-ci peuvent être utiles dans des problèmes de investigation liés à la stérilité et à la perte de grossesse, aussi bien que d'anomalies congénitales.

Le deuxième rapport est venu d'un laboratoire plus de 1.000 milles à partir du Wisconsin, à l'École de Médecine d'Université John Hopkins à Baltimore. Le Dr. John Gearhart et collaborateurs a rapporté l'isolement et la cultivation des cellules souche pluripotent humaines du tissu embryonnaire qui, après le développement ultérieur, deviennent des ovaires ou des testicules (cellules germinales primordiales). Les tissus ont provenu de cinq à de neuf-semaine-vieux embryons des grossesses avortées. Les cellules ont maintenu se diviser dans la culture pendant plus de 20 semaines et ont montré des caractéristiques des cellules souche pluripotent. Ils pouvaient différencier dans d'autres étapes du développement d'embryon une fois maintenus dans la culture. Comment les cellules se comportent une fois injectées dans des animaux n'a pas été encore rapporté.

Plus récemment, une équipe de recherche de Milan, Italie, réussie à isoler des cellules souche d'un cerveau embryonnaire humain. Selon les conditions en lesquelles elles ont été développées, les cellules ont eu la capacité de mûrir dans différents types de cellules du cerveau. La cultivation réussie de ces cellules se montre pour la transplantation clinique de cerveau d'une source des cellules de tronc cérébral embryonnaires spécialisées prometteur par normale.

Bien que l'accomplissement technique d'élever les cellules souche humaines excite, il reste beaucoup à faire. Dans plusieurs secteurs, la recherche supplémentaire doit être conduite pour explorer plus plus loin des possibilités de thérapie et de transplantation. La différenciation se produit d'une façon désorganisée, produisant un mélange de beaucoup de types de cellules. Les populations mélangées des cellules sont inappropriées pour la transplantation dans les tissus spécifiques. Quand il y a beaucoup de types de cellules, ils peuvent concurrencer entre eux pour entrer dans le tissu, empêchant la cellule d'intérêt d'obtenir dans le secteur prévu de tissu qui a besoin de réparation. En outre, si sur la transplantation la cellule souche indifférenciée demeure indifférencié-se divisante indéfiniment sans mûrir il peut se développer en tumeur de cellule souche. Il y a beaucoup de se renseigner sur les conditions exigées pour que la cellule souche forme d'autres tissus pendant de longues périodes, c.-à-d. restent pluripotent ; beaucoup à se renseigner sur les substances et les conditions qui conduiront une cellule souche pour différencier dans le type mûr spécifique de cellules a eu besoin. Le manque d'assortiment génétique peut avoir comme conséquence le rejet de greffe, par conséquent la tâche d'assortir l'identité de la source embryonnaire et du patient ayant besoin de la greffe. À l'avenir, cet obstacle peut être surmonté en cultivant les cellules adultes d'un patient et à l'aide du matériel génétique des cellules du patient pour créer les cellules souche embryonnaires.

Pour illustrer un exemple, prenons une situation hypothétique. Quelqu'un sous le nom de la marque a une crise cardiaque grave. Un technicien prend certaines des cellules épithéliales de la marque et les sépare, les dépouille de leur matériel génétique et les injecte dans un ovule humain donné qui, aussi, a eu tout son matériel génétique enlevé. L'oeuf est stimulé pour se diviser in vitro et l'embryon se développe dans le plat. À la partie de l'embryon, des cellules sont enlevées et cultivées en tant que cellules souche pluripotent qui peuvent se développer en beaucoup de types de cellules, y compris des cellules de coeur. Une équipe médicale maintient les cellules et les élève dans les conditions qui les cajoleront pour se développer en cellules de coeur seulement. Puisque les cellules sont un match génétique parfait au tissu de la marque, elles peuvent être transplantées dans son coeur sans risque de rejet par les cellules immunitaires qui attaquent les cellules étrangères. Les cellules remplaceront ceux qui sont morts dans la crise cardiaque. Il peut être possible à l'avenir pour avoir une banque des cellules gelées prises tôt dans la vie et employées plus tard pour réparer un grand choix d'organes endommagés.

La première greffe des cellules nerveuses dans un patient de course, décrite plus tôt, a été faite avant la cultivation réussie rapportée des cellules souche embryonnaires humaines normales. La greffe de nerf que « marque une transition dans la médecine de course des limitations de dommages à la restauration de la fonction perdue de cerveau, » comme décrit par le Dr. Kondziolka de meneur d'équipe, a été faite à l'aide des cellules nerveuses développées à partir d'une tumeur de cellule souche humaine, un teratocarcinoma. D'abord, la lésion de course a été située dans le cerveau près des moyens radiologiques (ordinateur tomographie-CT, ou de résonance-nanomètre magnétique nucléaire). Puis, au moins deux millions de cellules nerveuses (neurones) d'isolement dans une variété de cellule de teratocarcinoma (cellules de teratocarcinoma qui avait été dans la culture pendant quelque temps et disponible commercialement) ont été injectées près de la lésion de course, dans plusieurs sites. Les greffes de transplantation des cellules ont été produites en traitant les cellules de tumeur avec de à de l'acideretinoic composé lié de vitamine A, qui stimule les cellules souche produire entièrement différencié non-divisant des neurones. Le produit chimique simple réalise son effet dramatique sur les cellules en stimulant un ensemble de gènes qui est employé seulement par des neurones. Simultanément, l'acide retinoic supprime d'autres gènes qui demandent à des cellules pour différencier dans d'autres tissus. Une fois que différencié et plus ne se divisant, les cellules transplantées étaient considérées sûres pour le patient, c.-à-d. noncancerous. Chez les rats donnés les greffes semblables, les greffes ont survécu pour plus qu'une année sans montrer n'importe quel signe du retour de nouveau à leur état cancéreux.

Les patients qui ont été soignés avec les greffes de cellule nerveuse sont toujours en cours de surveillance. Les études semblables sur des rats souffrant d'une course perimentally produite ont prouvé que les greffes des cellules différenciées de teratocarcinoma ont eu comme conséquence la récupération significative dans le cerveau. L'injection des millions de cellules dans le cerveau a renversé des dommages et a reconstitué l'activité motrice perdue et la fonction cognitive. L'injection de plus petits nombres de cellules a eu comme conséquence l'amélioration qui a duré seulement un mois, mais en augmentant le nombre de cellules et en traitant les animaux avec le cyclosporin pour abaisser le risque de rejet de greffe par des cellules immunitaires, on a observé la récupération à long terme.

Les applications cliniques potentielles de cultiver avec succès les cellules souche embryonnaires humaines sont larges. Une application immédiate des cellules pluripotent qui peuvent se développer indéfiniment et différencier dans des types de cellule humaine est criblage de drogue. Ceci peut permettre au criblage des drogues sur des variétés de cellule humaines entièrement mûres de déterminer la toxicité de drogue sur différents types de tissu. Puisque les cellules embryonnaires humaines cultivées ressemblent à des cellules en développant les embryons humains, elles pourraient être employées pour identifier les drogues qui peuvent interférer le développement embryonnaire normal pendant la grossesse.

De grandes quantités de cellules saines peuvent être produites et employées dans les greffes, apportant l'espoir aux patients présentant toutes sortes de défectuosités. Des cellules du pancréas qui font l'insuline pourraient être développées pour soigner le diabète, les implants de cellule nerveuse pour réparer des dommages dans des secteurs spécifiques du cerveau pour traiter Parkinson, la course, et les patients avec la démence comprenant la maladie d'Alzheimer. Des cellules ont pu être différenciées dans des cellules de foie ou de rein pour réparer les organes malades et endommagés. Des cellules embryonnaires pourraient être exposées aux substances qui les stimulent pour produire l'éventail de cellules trouvées dans le sang, une alternative possible aux greffes de moelle.

Un défi à la transplantation de cellules est que le système immunitaire tend à rejeter les cellules qui sont différentes et étrangères au destinataire. Dans le cas du traitement du patient de course présentant les cellules nerveuses injectées, le cyclosporin, un produit chimique suppressif immunisé, a été employé pour empêcher le rejet. Les expériences sur des animaux suggèrent que des cellules embryonnaires pourraient être modifiées pour être acceptées par le système immunitaire et pour ne pas être reconnues par les cellules immunitaires du destinataire comme étrangères. En principe, ceci pourrait être réalisé en changeant les cellules embryonnaires génétiquement ainsi qu'elles fonctionnent en tant que « donateurs universels, » acceptable pour tous les patients. De telles stratégies impliqueraient le cours difficile de changer des gènes et de traiter les cellules avec différentes drogues et différents états de croissance pour sélectionner les cellules avec les gènes changés souhaitables.

Alternativement, des cellules souche embryonnaires qui sont génétiquement identiques aux cellules du patient pourraient être créées, comme décrit plus tôt pour traiter un muscle cardiaque endommagé d'une crise cardiaque grave. Cette stratégie exigerait une étape utilisée dans le clonage. Un technicien prendrait des cellules, telles que des cellules épithéliales, d'un patient et les élèverait dans la culture. Utilisant la cavité un verre a appelé une pipette qui est une dixième du diamètre des cheveux, le technicien transférerait le noyau d'une cellule qui contient l'ADN des cellules, son matériel génétique, dans un ovule humain infertilisé. L'oeuf serait activé par une décharge électrique et commencer à se développer en embryon.

La seule information génétique en cet oeuf infertilisé serait de l'ADN de la cellule du patient. Une fois qu'il se développe en embryon tôt dans l'étape de blastocyst, les cellules souche embryonnaires humaines seraient cultivées. Les cellules-génétique différenciées identiques aux donateurs seraient produites pour la thérapie. La technique du transfert nucléaire à partir d'une cellule adulte dans un oeuf était celle utilisée en copiant le chariot de moutons, mais l'oeuf contenant le matériel génétique de la mère du chariot a été implanté dans un utérus et ici permis de se développer dans ce qui était de devenir chariot, plutôt que développé dans un plat en embryon tôt afin de cultiver les cellules souche désirées.

Bien que les cellules souche embryonnaires humaines soient pluripotent et dans différentes conditions pourrait mûrir dans différents tissus, elles ne peuvent pas former un embryon.

La recherche utilisant les embryons humains a rencontré l'appui public et gouvernemental et la résistance. Jusqu'ici, la recherche qui a eu comme conséquence les deux premiers rend compte de la cultivation des cellules souche embryonnaires humaines a été soutenue par les fonds privés de Geron Corporation. Une interdiction congressionnelle des États-Unis de copier les embryons humains existe. Cependant, plus tôt cette année, les instituts de la santé nationaux ont annoncé que la recherche de cellule souche d'embryon a été exemptée par le département des services sociaux et d'hygiène des États-Unis, mais sont limités pour rechercher sur les cellules souche qui ont été déjà extraites à partir de l'embryon par l'appui non gouvernemental. Une interdiction de l'extraction et de la cultivation des cellules de l'embryon demeure.

Le NIH a expliqué la raison de la décision par les résultats de Thomson, qui ont dérivé les cellules souche humaines des cellules intérieures des blastocysts des études et des traitements de surplus de fertilité. Bien que les cellules souche maintiennent la capacité de différencier dans beaucoup de genres de cellules, elles ne peuvent pas former un embryon s'implanté dans un utérus. Ainsi la déclaration de NIH indique cela « même si les cellules sont dérivées d'un embryon humain, ils ne sont pas eux-mêmes un embryon humain. » Pour élever les cellules souche humaines dans un plat, recherche doit d'abord enlever la couche externe de cellules du blastocyst employé pour cultiver l'embryon. Ces cellules externes, appelées les trophoblasts, sont essentielles pour le développement du placenta, le tissu qui nourrit l'embryon et le protège dans l'utérus contre le rejet par le système immunitaire de la mère. Ainsi, en enlevant cette couche externe le chercheur empêche les cellules intérieures restantes de se développer dans l'utérus. Le travail des cellules souche de Gearhart-cultivation des cellules germinales primordiales, les tissus qui provoquent des ovaires et testicule-ont été faits utilisant des embryons plus anciens des grossesses terminées.

À l'audience du Sénat, les témoins qui ont imploré le sénat pour exempter recherche de cellule souche de l'interdiction fédérale sur la recherche d'embryon ont inclus un homme diagnostiqué avec la maladie de Parkinson à l'âge de 27, et un professeur d'Université d'Harvard qui a eu un enfant de sept ans avec du diabète. Les deux maladies sont parmi ceux qui pourraient tirer bénéfice de la recherche et de la thérapie cellulaire de cellule souche. Le scientifique et le corps médical ont encouragé la décision du département des services sociaux et d'hygiène permettant à la recherche sur les cellules souche d'isolement de procéder. Cependant, un porte-parole pour la conférence nationale des évêques catholiques a protesté, dire que la décision peut fournir une incitation pour la destruction d'embryon. Pendant que les scientifiques embrayent pour poursuivre de nouvelles avenues pour étudier le développement embryonnaire et pour guérir la maladie par thérapie de cellule souche, la discussion sur la recherche de cellule embryonnaire continue.

Références :

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