Lésions de la moelle épinière : comment les cellules souches peuvent-elles aider?

Dernière mise à jour:
2 Avr 2015
Lésions de la moelle épinière : comment les cellules souches peuvent-elles aider?

La moelle épinière transmet les informations entre le cerveau et le reste du corps. Les lésions de la moelle épinière, qui touchent actuellement quelque 333 000 personnes en Europe, peuvent entraîner des paralysies et ne bénéficient d'aucun traitement efficace. Les cellules souches peuvent-elles aider?

Le saviez-vous?

Les hommes jeunes sont les plus susceptibles de souffrir d'une lésion de la moelle épinière : 80 % des patients sont de sexe masculin, l'âge moyen de survenue du traumatisme est de 33 ans et l'âge le plus fréquent est de 19 ans.

La moelle épinière est composée de millions de cellules nerveuses

La moelle épinière est composée de millions de cellules nerveuses

Neurones (en blanc), le principal type cellulaire présent dans la moelle épinière.

Neurones (en blanc), le principal type cellulaire présent dans la moelle épinière.

Devenu tétraplégique en 1995 à la suite d'une chute de cheval, l'acteur Christopher Reeve, connu pour son rôle dans Superman, était un fervent défenseur des patients atteints de lésions de la moelle épinière et de la recherche sur les cellules souches.

Devenu tétraplégique en 1995 à la suite d'une chute de cheval, l'acteur Christopher Reeve, connu pour son rôle dans Superman, était un fervent défenseur des patients atteints de lésions de la moelle épinière et de la recherche sur les cellules souches.

Oligodendrocytes dérivés de cellules souches neurales.

Oligodendrocytes dérivés de cellules souches neurales.

Astrocytes (cellules gliales du cerveau – rôle de glue) dérivés de cellules souches neurales.

Astrocytes (cellules gliales du cerveau – rôle de glue) dérivés de cellules souches neurales.

Dans cette fiche-info

Introduction sur la moelle épinière

La moelle épinière est le fragile tissu logé dans la colonne vertébrale et protégé par la structure rigide de cette dernière. Le cerveau et la moelle épinière forment le système nerveux central de l'organisme.

La moelle épinière est composée de millions de cellules nerveuses qui transportent des signaux à partir et en direction du cerveau ainsi que vers d'autres parties du corps. Ces informations qui nous permettent de nous asseoir, de courir, d'aller aux toilettes et de respirer se déplacent le long de la moelle épinière.

Comment fonctionne la moelle épinière?

Le neurone, le principal type cellulaire de la moelle épinière, transmet les informations du haut en bas de la colonne vertébrale sous la forme de signaux électriques. Un axone (connu aussi sous le nom de fibre nerveuse) est un prolongement long et mince du neurone qui transporte ces signaux à distance du corps cellulaire du neurone. Chaque neurone est muni d'un seul axone qui peut atteindre la longueur de la moelle épinière, soit jusqu'à 45 cm chez l'adulte humain.

Les axones qui transportent les messages vers le bas de la moelle épinière (à partir du cerveau) sont appelés des axones moteurs. Ils contrôlent les muscles des organes internes (comme le cœur, l'estomac, les intestins) et ceux des jambes et des bras. Ils aident également à réguler la pression sanguine, la température corporelle et la réponse au stress.

Les axones qui remontent la moelle épinière (en direction du cerveau) transportent les informations sensorielles depuis la peau, les articulations et les muscles (toucher, douleur, température) ainsi que les organes internes (tels que le cœur et les poumons). Ce sont les axones sensitifs.

Dans la moelle épinière, les neurones ont également besoin du soutien d'autres types de cellules. L'oligodendrocyte, par exemple, forme des structures enveloppant et isolant l'axone. Cet isolant appelé la myéline assure une propagation rapide et efficace des impulsions électriques le long de l'axone

Que se passe-t-il lorsque la moelle épinière est endommagée?

Une lésion de la moelle épinière touche à la fois les neurones et la gaine de myéline qui protège les axonesUne lésion de la moelle épinière touche à la fois les neurones et la gaine de myéline qui protège les axones

Les traumatismes de la moelle épinière, qui affectent de nombreuses personnes dans le monde, notamment les jeunes adultes, ont des conséquences dévastatrices et invalidantes. Elles entraînent un lourd fardeau sur le plan physique, psychologique, social et économique pour les patients et leurs familles. Une connaissance précise des principaux évènements survenant après la blessure et la façon dont ils sont reliés est indispensable pour pouvoir mettre au point des traitements efficaces.

Les lésions de la moelle épinière évoluent en deux phases chronologiques caractérisées par des mécanismes primaires et secondaires. Les lésions primaires sont provoquées par des phénomènes de cisaillement, de lacération et d’extension aiguë. Les phénomènes d’accélération/de décélération peuvent aussi causer des dommages de la moelle épinière, mais ils n’entraînent que dans de très rares cas une section complète.

Au niveau cellulaire, les axones sont broyés et arrachés et les oligodendrocytes, les cellules nerveuses qui forment la gaine de myéline autour des axones, commencent à mourir. Les axones exposés dégénèrent, la connexion entre les neurones est perturbée et le flux d'informations entre le cerveau et la moelle épinière est interrompu.

La colonne vertébrale est divisée en plusieurs sections. Le degré de paralysie varie selon le siège de la lésion.La colonne vertébrale est divisée en plusieurs sections. Le degré de paralysie varie selon le siège de la lésion.

Le corps est incapable de remplacer les cellules perdues à la suite d'une lésion de la moelle épinière (traumatisme médullaire), et cela entraîne une altération définitive des fonctions de la moelle épinière. Les patients peuvent subir de graves handicaps moteurs et sensoriels qui se traduisent en général par une paralysie et une perte de sensation au dessous du niveau de la lésion. Les lésions de la partie supérieure du cou, comme celles de l'acteur de « Superman » Christopher Reeve, paralysent l'ensemble du corps, y compris les bras et les épaules. Le traumatisme survient fréquemment en dessous du niveau des côtes et entraîne une paralysie des membres inférieurs mais pas des membres supérieurs. Selon l'emplacement et l'étendue de la blessure, les patients peuvent souffrir d'une paralysie complète ou partielle, d'un déficit sensitif, d'une perte de la fonction sexuelle et du contrôle intestinal.

La gravité et la localisation de la lésion neurologique, ainsi que la préservation partielle de la moelle, sont considérés comme des facteurs prédictifs de rétablissement et de survie. La présence d’axones intacts traversant la lésion est encourageante d’un point de vue thérapeutique, et a donné lieu à plusieurs stratégies thérapeutiques récentes.

Quel est le traitement actuel des lésions de la moelle épinière?

Malgré les progrès considérables réalisés dans la compréhension des lésions de la moelle épinière, les traitements qui se sont révélés prometteurs au stade préclinique n’ont presque jamais débouché sur des thérapies cliniques efficaces. Les soins médicaux prodigués immédiatement après le traumatisme, incluant l'immobilisation et la pose d'un corset pour stabiliser la colonne vertébrale, peuvent minimiser les dommages des cellules nerveuses. La rééducation peut aider les patients à recouvrer leur autonomie physique et émotionnelle.

Comment les cellules souches peuvent-elles aider à réparer la moelle épinière?


Les traumatismes médullaires sont complexes parce qu'ils provoquent des dommages variés dans différents types de cellules. Dans les premières semaines qui suivent l'accident, l'environnement de la moelle épinière subit des modifications importantes (migration des cellules immunitaires, libération de substances toxiques, formation d'une cicatrice). Une combinaison de thérapies administrée au bon moment et sur des cibles déterminées est nécessaire.

Des études chez l'animal ont montré qu'une greffe de cellules souches ou de cellules dérivées de cellules souches peut contribuer à réparer la moelle épinière en:

  • remplaçant les cellules nerveuses détruites par la blessure;
  • générant de nouvelles cellules de soutien qui reformeront la gaine protectrice des nerfs (myéline) de part et d'autre de la blessure pour stimuler la reprise de croissance des axones endommagés;
  • protégeant contre des dommages supplémentaires les cellules situées au niveau du site de la lésion grâce à la libération de substances protectrices tels les facteurs de croissance et à l'absorption de toxines tels les radicaux libres, lorsque la greffe est pratiquée peu de temps après la blessure;
  • empêchant la propagation des lésions par suppression de l'action destructrice de l'inflammation pouvant survenir apres à la blessure.

Plusieurs types de cellules, dont les cellules souches, issues de sources différentes comme le tissu cérébral, le revêtement de la cavité nasale, la pulpe dentaire et les cellules souches embryonnaires, ont été testés dans ces études – principalement réalisées dans des modèles murins (rats) de lésions de la moelle épinière. Aucun de ces types cellulaires n'a permis de restaurer, autre que partiellement, les fonctions perdues, mais il s'agit là d'un domaine actif de recherche et plusieurs types de cellules souches sont actuellement testés et modifiés.

Premiers essais cliniques portant sur les thérapies à base de cellules souches

 

Essais cliniques utilisant des cellules souches neurales

Cellules souches neurales (souris)Cellules souches neurales (souris)StemCell Inc

En décembre 2010, l'Institut suisse des produits thérapeutiques a autorisé le lancement d'un essai clinique de phase I/II sur les lésions chroniques de la moelle épinière à l'hôpital universitaire Balgrist de Zurich (Suisse). L’essai s’inspirait des résultats précliniques obtenus après le remplacement direct d’oligodendrocytes de souris atteintes de lésions chroniques de la moelle par des cellules souches neurales humaines transplantées. Les cellules humaines provenaient de tissu cérébral et peuvent donner naissance aux trois types majeurs de cellules neurales présentes dans le système nerveux central. Un seul donneur peut fournir suffisamment de cellules pour plusieurs transplantations. Une dose unique (20 x 106 cellules) de cellules souches neurales humaines a été injectée en plusieurs fois directement dans la moelle épinière thoracique de patients ayant une lésion chronique (vertèbres T2–T11). La transplantation a été suivie par l’administration d’un traitement immunosuppresseur pendant 9 mois. L’essai devrait prendre fin en mars 2016 (clinicaltrials.gov identificateur no NCT01321333). Une analyse intermédiaire des données cliniques, effectuée en mai 2014 et présentée à la réunion annuelle de l’American Spinal Injury Association à San Antonio (Texas), a montré des gains importants de la fonction sensorielle, initialement chez deux patients, puis deux autres.

Le groupe de patients suivant, qui est en cours de constitution en Amérique du Nord (Université de Calgary) et en Suisse, comprendra des sujets présentant des lésions partielles (conservation de certaines fonctions sensorielles ou motrices) (clinicaltrials.gov identificateur no NCT01725880).

Un peu plus tôt l’an dernier, la même compagnie a terminé l’admission de patients à une étude multicentrique et ouverte de phase I/II, intitulée « Étude de la transplantation de cellules souches du système nerveux central (SNC) humain dans les lésions de la moelle épinière » (site Web de l’étude Pathway; clinicaltrials.gov identificateur no NCT02163876). L’étude Pathway à laquelle participent 52 patients atteints de lésions cervicales d’origine traumatique est la première étude clinique visant à évaluer à la fois l’efficacité et la sûreté des cellules souches transplantées. L’essai, qui est randomisé, contrôlé et à simple insu, mesurera principalement l’efficacité de la fonction motrice selon les normes internationales de la classification des traumatismes de la moelle épinière (Neurological Classification of Spinal Cord Injury [ISNCSCI]). Le critère principal d’évaluation de l’efficacité mesurera les variations de la force musculaire au niveau des mains, des bras et des épaules. Les patients seront suivis pendant un an à compter de la date d’admission à l’essai.

Les scientifiques espèrent qu’une fois transplantées dans la moelle épinière lésée, ces cellules pourront rétablir certains des circuits nerveux importants pour relayer les informations dans tout l’organisme.

Neuralstem

En septembre 2014, Neuralstem a commencé un essai de phase I visant à évaluer la sûreté de ses cellules souches neurales NSI-566 pour le traitement chirurgical des lésions chroniques de la moelle épinière. L’essai se déroule à la Faculté de médecine de l’Université de Californie à San Diego, avec le soutien de l’UC San Diego Sanford Stem Cell Clinical Center, (clinicaltrials.gov identificateur no NCT01772810). Après confirmation de la sûreté des cellules NSI-566/SLA de Neuralstem utilisées dans l’essai qui emploie par ailleurs une procédure similaire, la FDA a modifié le protocole de façon à y inclure quatre patients au total. Les patients, qui souffraient de lésions de la moelle épinière thoracique (vertèbres T2-T12) depuis un à deux ans, présentaient un déficit de grade A selon les critères de l’American Spinal Injury Association (AIS), après le traumatisme, c’est-à-dire une perte complète des fonctions motrices ou sensorielles au niveau de la lésion ou plus bas et étaient donc considérés comme totalement paralysés.

Les patients ont reçu six injections des mêmes cellules que celles utilisées dans l’essai sur la sclérose latérale amyotrophique (SLA) (le premier essai de greffe de cellules souches neurales approuvé par la FDA pour le traitement de la SLA), au niveau ou autour du site de la lésion au moyen d’une technique similaire. Ils ont également suivi des séances de physiothérapie après la chirurgie pour permettre aux nerfs nouvellement formés de rétablir leurs connexions et de retrouver leurs fonctions. Un traitement immunosuppresseur de trois mois leur a également été administré lorsqu’il était toléré. L’étude devait prendre fin six mois après la chirurgie du dernier patient, avec un objectif d’achèvement de la phase I à un an. Un essai de phase I/II utilisant les cellules NSI-566 pour traiter des lésions médullaires aiguës devait commencer à Séoul, en Corée du Sud, au cours du premier trimestre 2015.

Le projet Miami pour guérir la paralysie

Les chercheurs cliniciens du projet Miami mènent actuellement plusieurs essais de thérapie cellulaire auprès de sujets présentant une lésion aiguë ou chronique de la moelle épinière. Ces essais cherchent à évaluer la sûreté et l’efficacité de différentes interventions cellulaires à visée neuroprotective, réparative ou modulatrice. Ce projet inclut des essais de phase I utilisant les propres cellules de Schwann (dérivées des nerfs périphériques) des patients pour traiter à la fois des lésions thoraciques subaiguës et des lésions thoraciques et cervicales chroniques, et un essai multicentrique de phase II utilisant des cellules souches neurales humaines pour traiter des lésions cervicales chroniques (voir ci-dessus). Tous les essais du projet Miami recrutent actuellement des patients (détails sur le site Web de clinicaltrials.gov). 

Essais cliniques utilisant des cellules souches mésenchymateuses

Des études sont en cours pour évaluer le potentiel thérapeutique des cellules souches mésenchymateuses/stromales pour le traitement des lésions de la moelle épinière. Le site Web de clinicaltrials.gov répertorie à ce jour 9 essais utilisant des cellules souches mésenchymateuses (CSM) prélevées dans les tissus des patients, comme la moelle osseuse (5), le tissu adipeux (graisses) (3) ou le sang de cordon (1) afin d’évaluer leur sûreté et leur efficacité. Les CSM sont injectées de différentes façons, soit directement par voie intraveineuse dans la moelle épinière ou au niveau de la lésion elle-même, ou encore juste sous la peau chez les patients qui présentent des lésions cervicales ou thoraciques chroniques avec des scores ASIA/ISCoS allant de A (absence totale de fonction motrice et sensorielle sous la lésion) à C (mouvements musculaires préservés sous la lésion, mais avec perte de 50 % des mouvements anti-gravité).

Les scientifiques espèrent que les cellules transplantées pourront libérer des agents neuroprotecteurs (molécules/facteurs) au niveau de la moelle et aider (par un mécanisme indirect après leur intégration et leur différenciation) à rétablir certains des circuits nerveux importants pour relayer les informations dans tout l’organisme.

Essais cliniques utilisant des cellules souches embryonnaires

La société de biotechnologie californienne Geron conduisait un vaste essai clinique sur un traitement – le premier du genre – qui consistait à injecter des cellules dérivées des cellules souches embryonnaires humaines. Les cellules injectées étaient des précurseurs d'oligodendrocytes, les cellules qui synthétisent la gaine de myéline autour des axones. Les chercheurs espèraient que ces cellules, une fois injectées dans la moelle épinière, poursuivraient leur maturation et remyéliniseraient les cellules nerveuses, permettant ainsi à l'influx nerveux de franchir le site de la lésion médullaire

Après avoir traité quatre patients dans le cadre d'un essai clinique de phase I (sécurité) et n'avoir rapporté aucun effet indésirable grave, la société Geron a annoncé en novembre 2011 qu'elle mettait fin à son programme sur les cellules souches. La compagnie a déclaré que « le potentiel des cellules souches reste reste indéniable », mais a invoqué des raisons financières à ce changement d'orientation vers d'autres activités de recherche.

Asterias Biotherapeutics

À la suite de la technologie cellulaire développée par Geron, Asterias Biotherapeutics a mis au point une méthode permettant de produire à partir de cellules souches embryonnaires humaines (hES) un type particulier de cellules nerveuses appelées cellules progénitrices d’oligodendrocytes (OPC), ou encore cellules AST-OPC1.

Cinq patients présentant une lésion de la moelle épinière thoracique avec atteinte neurologique généralisée ont reçu deux millions de cellules OPC dérivées de cellules hES au niveau de la lésion entre 7 et 14 jours après le traumatisme dans le cadre d’un essai clinique de phase I. Ils ont également reçu de faibles doses d’immunosuppresseurs dans les 60 jours suivants. La greffe des OPC a réussi chez les cinq patients et ni la greffe ni le traitement immunosuppresseur n’ont causé de réactions indésirables graves. Quatre des cinq patients ont subi des examens par IRM ayant montré une réduction du volume de la lésion.

Une deuxième étude de suivi de phase I/II (avec augmentation de la dose) qui utilisera des cellules AST-OPC1 pour traiter des lésions sensorimotrices aiguës de la moelle cervicale avec atteinte généralisée (14-30 jours après la survenue de la lésion) recrute actuellement des patients.

Les scientifiques espèrent que les OPC transplantées pourront assurer la remyélinisation et la restauration des fonctions perdues.

Autres essais cliniques sur les lésions de la moelle épinière

Traitements non éprouvés

En dehors des protocoles d'essais cliniques approuvés, certaines compagnies proposent aux patients atteints de lésions de la moelle épinière des traitements à base de cellules souches sans que ces traitements aient démontré leur efficacité. Toute personne qui envisage de payer pour recevoir ce type de traitement est encouragée à discuter de cette décision avec son médecin et à lire ce document d'information préparé par un groupe de médecins spécialistes des traumatismes médullaires

Traitements expérimentaux des lésions médullaires : ce qu’il faut savoir si vous envisagez de participer à un essai clinique (Version antérieure disponible en français)

Peut-on actuellement utiliser les cellules souches pour traiter des lésions de la moelle épinière?

De nombreuses équipes de recherche dans le monde travaillent à la mise au point d'un large éventail de traitements potentiels à base de cellules souches. Selon le type de cellules souches utilisé et leur mode d'implantation dans l'organisme, l'objectif de ces diverses stratégies est de court-circuiter la lésion afin de permettre aux axones de se régénérer, de remplacer la myéline détruite et d'empêcher l'aggravation des lésions après la blessure. D'autres essais cliniques portant sur ces stratégies seront probablement effectués.

En savoir plus

National Institute of Neurological Disorders and Stroke : informations détaillées sur les lésions de la moelle épinière (en anglais seulement)
Statistiques sur les lésions de la moelle épinière (É.-U.) (en anglais seulement)
Christopher and Dana Reeve Foundation : accès à de nombreuses vidéos et à d’autres ressources utiles (en anglais seulement)
Recherche sur la moelle épinière : financement caritatif de la recherche médicale pour la mise au point de traitements de la paralysie (en anglais seulement)
Article dans le Guardian sur les essais cliniques à base de cellules souches embryonnaires (en anglais seulement)

Remerciements et références