L'œil et les cellules souches : vers le traitement de la cécité

Dernière mise à jour:
3 Avr 2012
L'œil et les cellules souches : vers le traitement de la cécité

Nos yeux mesurent seulement deux ou trois centimètres, mais nous comptons sur eux pour presque tout ce que nous faisons. Les spécialistes de la recherche sur les cellules souches ont l'espoir que l'avenir réservera de nouveaux traitements pour les maladies entraînant une perte de vision. Quels progrès ont été accomplis dans ce domaine et sur quoi porte la recherche actuelle?

Le saviez-vous?

Cligner des yeux endommage la surface de l'œil; pourtant nous clignons des yeux 12 fois par minute en moyenne. Fort heureusement, nos yeux contiennent des cellules souches qui réparent les dégâts!

Cellules souches limbiques provenant d'une cornée humaine montrant une protéine appelée p63, marquée en jaune. Le noyau de chaque cellule (qui contient l'ADN) est marqué en rouge.

Cellules souches limbiques provenant d'une cornée humaine montrant une protéine appelée p63, marquée en jaune. Le noyau de chaque cellule (qui contient l'ADN) est marqué en rouge.

Les cellules souches embryonnaires et induites à la pluripotence (iPS) cultivées à l'aide de  facteurs de croissance deviennent pigmentées (de couleur marron) et présentent des charactéristiqes de l'épithélium pigmentaire de la rétine.

Les cellules souches embryonnaires et induites à la pluripotence (iPS) cultivées à l'aide de facteurs de croissance deviennent pigmentées (de couleur marron) et présentent des charactéristiqes de l'épithélium pigmentaire de la rétine.

En ajoutant les facteurs de croissance appropriés aux cellules souches de Müller celles-ci deviennent des cellules nerveuses rétiniennes, démontré par la présence d'une protéine connue sous le noms de Islet 1 (en rose).

En ajoutant les facteurs de croissance appropriés aux cellules souches de Müller celles-ci deviennent des cellules nerveuses rétiniennes, démontré par la présence d'une protéine connue sous le noms de Islet 1 (en rose).

Les cellules nerveuses rétiniennes obtenues à partir de cellules souches de Müller (en vert) peuvent se déplacer vers la couche nerveuse de la rétine (en bleue) une fois transplantées dans l'oeil d'un rat avec des lésions à la rétine.

Les cellules nerveuses rétiniennes obtenues à partir de cellules souches de Müller (en vert) peuvent se déplacer vers la couche nerveuse de la rétine (en bleue) une fois transplantées dans l'oeil d'un rat avec des lésions à la rétine.

À propos de l'œil

Nous imaginons l'œil comme une fenêtre du cerveau sur l'extérieur, mais cet organe complexe est bien plus que cela. Il se compose de plusieurs couches qui comportent différents types de cellules hautement spécialisées.

L'œil: un organe complexe formé de plusieurs couches de différents types cellulaires.L'œil: un organe complexe formé de plusieurs couches de différents types cellulaires.

Les principaux constituants de l'œil sont :

La sclérotique ou sclèreLe blanc de l'œil.
La cornéeLa couche transparente qui laisse passer les rayons lumineux.
La choroïdeTapissant l'intérieur de la sclérotique, elle contient les vaisseaux sanguins qui apportent aliments et oxygène à l'œil.
L'épithélium pigmentaire rétinienUne monocouche de cellules pigmentées. Les cellules de l'épithélium pigmentaire rétinien constituent le feuillet externe de la rétine. Elles assurent la transformation des nutriments nécessaires aux cellules nerveuses de la rétine tout en les aidant à accomplir leurs tâches.
La rétinePartie de l'œil sensible à la lumière qui nous permet de voir. La rétine se compose de six types de cellules nerveuses qui communiquent entre elles lorsqu'elles sont exposées à la lumière. Au centre de la rétine se trouve une petite région, la macula, qui contient la plus forte densité de cellules nerveuses photosensibles et qui nous permet de voir avec une très grande précision.
Le nerf optiqueIl transmet les signaux des cellules nerveuses de la rétine au cerveau.

Réparer la cornée

Le clignement des yeux et l'exposition au milieu extérieur provoquent des lésions chroniques de certaines cellules de la cornée. Les cellules endommagées sont remplacées par de nouvelles cellules formées à partir d'un petit nombre de cellules souches. Ces cellules souches portent le nom de cellules limbiques, car elles sont localisées à la périphérie de la cornée dans une zone appelée le limbe. Une perte des cellules souches limbiques à la suite d'une blessure ou d'une maladie se traduit par une incapacité de réparer les lésions de la cornée et une perte de vision significative. Lorsque le limbe d'un œil est ainsi endommagé, de petits morceaux du limbe de l'autre œil peuvent être greffés dans l'œil endommagé et rétablir sa vision. La présence de cellules souches dans le limbe permet à la cornée saine de le rester pendant des années. Cette technique comporte toutefois des risques pour l'œil sain et n'est d'aucun secours pour les patients ayant des lésions binoculaires.

Réparation de la cornée: undefinedRéparation de la cornée: undefined

Des recherches récentes ont permis d'améliorer les techniques de culture in vitro des cellules souches limbiques ainsi que les techniques de transplantation. Ces améliorations ont contribué au taux de succès des efforts déployés pour le traitement des lésions de la cornée. Selon certaines études, il serait même possible de traiter les patients présentant des lésions binoculaires dès lors qu'une infime partie du limbe d'un œil est indemne. On peut en effet amplifier en laboratoire les cellules contenues dans ce minuscule morceau de limbe et les utiliser pour traiter les patients. Cette méthode n'est cependant pas applicable à tous les patients. En effet, lorsque les deux yeux sont gravement endommagés, il n'est pas toujours possible d'obtenir des cellules souches. Les cellules de l'œil d'un donneur peuvent parfois être transplantées à un autre patient et lui permettre d'améliorer sa vision à moyen terme, mais cela ne fonctionne pas dans tous les cas et ne permet pas d'obtenir une guérison à long terme. Cela est dû au fait que les cellules du donneur ne survivent pas dans l'œil du patient ou sont rejetées par le système immunitaire et ne peuvent donc pas réparer définitivement la cornée du patient. Pour résoudre ce problème, les chercheurs étudient la possibilité de produire en laboratoire des cellules souches limbiques à partir de cellules souches embryonnaires ou de cellules induites à la pluripotence (iPS). Cela signifie en théorie que de grandes quantités de cellules souches limbiques peuvent être produites et utilisées pour traiter de nombreux patients.

Actuellement,la greffe des propres cellules souches limbiques du patient prélevées dans une zone saine de l’œil est la seule thérapie cellulaire dont l'efficacité à long terme a été démontrée par des essais cliniques menés sur des patients atteints de certaines lésions ou maladies de la cornée. D'autres études cliniques portant sur un plus grand nombre de patients sont nécessaires avant que les organismes de réglementation de l'Union européenne approuvent l'utilisation à grande échelle de cette thérapie.

Mise au point de traitements pour les maladies rétiniennes

Remplacer les cellules de l'épithélium pigmentaire rétinien
Les cellules de l'épithélium pigmentaire rétinien (EPR) soutiennent et protègent les cellules nerveuses de la rétine. Des maladies dégénératives comme la dégénérescence maculaire liée à l'âge (DMLA) ou génétiques comme la rétinite pigmentaire et l'amaurose congénitale de Leber peuvent endommager les cellules de l'EPR. Pour traiter ces maladies, les scientifiques étudient des méthodes permettant de remplacer les cellules lésées. Il est probable que l'EPR possède ses propres cellules souches, mais cette hypothèse n'a pas encore été démontrée  la recherche actuelle s'oriente donc principalement sur l'utilisation des cellules souches pluripotentes embryonnaires ou induites (iPS) dans le but de produire en laboratoire des cellules d'EPR.

En présence de facteurs de croissance spécifiques tels que des protéines ou des hormones, les cellules souches embryonnaires ou les cellules iPS peuvent donner naissance à des cellules semblables à celles de l'EPR. Diverses méthodes de production de cellules de l'EPR sont actuellement en phase I (innocuité) d'essais cliniques chez des patients atteints de maladies rétiniennes dégénératives. On prévoit que ces thérapies cellulaires expérimentales seront efficaces chez les patients qui ont conservé un faible nombre de cellules nerveuses rétiniennes fonctionnelles et une partie de leur vision.

Remplacer les cellules de l'épithélium pigmentaire rétinien: des techniques de production de cellules à visée thérapeutique et des essais cliniques précoces visant à tester l'innocuité de ces cellules sont en cours d'évaluation.Remplacer les cellules de l'épithélium pigmentaire rétinien: des techniques de production de cellules à visée thérapeutique et des essais cliniques précoces visant à tester l'innocuité de ces cellules sont en cours d'évaluation.

Remplacer les cellules nerveuses de la rétine
La cécité est souvent causée par des maladies qui endommagent les cellules nerveuses de la rétine. Les scientifiques étudient les potentialités thérapeutiques de différents types de cellules souches : les cellules souches embryonnaires, les cellules iPS ainsi que les cellules de Müller que l’on trouve dans la rétine adulte. Une petite sous-population des cellules de Müller présente des propriétés fonctionnelles semblables à celles des cellules souches de la rétine. Dans le modèle du zebrafish, ces cellules peuvent réparer la rétine et en reconstituer tous les types de cellules nerveuses. On peut aussi isoler ces cellules à partir de la rétine humaine, les faire pousser in vitro dans le but de produire différents types de cellules nerveuses rétiniennes.

Les chercheurs étudient actuellement la possibilité de transplanter des cellules souches pour remplacer certaines cellules nerveuses de l'œil comme les cellules nerveuses rétiniennes sensibles à la lumière (photorécepteurs) et les cellules du nerf optique. Des études chez des souris ayant subi des lésions oculaires ont montré que la greffe de cellules souches de Müller ou d'autres cellules souches améliore la fonction des cellules nerveuses rétiniennes. Ce type de recherches pourrait déboucher sur la mise au point de nouveaux traitements pour des affections telles que le glaucome, qui se caractérise par des lésions des cellules nerveuses du feuillet interne de la rétine et du nerf optique, ou des pathologies rétiniennes dans lesquelles les cellules photoréceptrices sont endommagées comme la dégénérescence maculaire liée à l'âge (DMLA). Il reste néanmoins beaucoup à faire avant de pouvoir passer aux applications cliniques. Les enjeux actuels de la recherche sont de mettre au point des méthodes de production des cellules nerveuses de la rétine interne à partir de cellules souches embryonnaires ou adultes.

Remplacer les cellules nerveuses de la rétine: La recherche actuelle se concentre sur la mise au point de méthodes de production de cellules nerveuses rétiniennes à visée thérapeutique.Remplacer les cellules nerveuses de la rétine: La recherche actuelle se concentre sur la mise au point de méthodes de production de cellules nerveuses rétiniennes à visée thérapeutique.

Dans certaines affections cécitantes comme la DMLA à un stade avancé, les photorécepteurs sensibles à la lumière meurent, car les cellules de l'EPR sont endommagées et ne peuvent plus assurer leurs fonctions de soutien. Dans de telles situations, la greffe de cellules de l'EPR ou de cellules nerveuses a peu de chances d'améliorer la vision du patient. Grâce aux progrès de la recherche, il sera sans doute possible de réparer la rétine avec une combinaison de cellules de l'EPR et de cellules nerveuses dérivées de cellules souches.

Que nous réserve le futur?

L'œil humain contient plusieurs types de cellules souches, dont certaines ont déjà prouvé leur efficacité dans des essais cliniques visant à réparer certaines lésions oculaires. Plusieurs études sont en cours pour améliorer les approches existantes en matière de traitement ou de prévention de la cécité ou pour mettre au point de nouvelles thérapies. À ce jour, la seule thérapie dont l'efficacité à long terme a été démontrée par des essais cliniques est la transplantation de cellules souches limbiques chez des patients présentant certaines blessures ou maladies de la cornée. Des études de grande ampleur et la mise en œuvre d'un règlement européen prévoyant l'approbation de mise sur le marché de cette thérapie sont en cours. Au fur et à mesure que les avancées scientifiques permettront de mieux comprendre la biologie des cellules souches de l'œil, de nouveaux traitements de la cécité verront sans doute le jour.

En savoir plus

EuroStemCell Clinical Trials Update September 2011
A review of recent clinical trials of stem cells in the eye
News report about research into potential treatment of glaucoma
EuroStemCell update on OptiStem – a research project carrying out work on the cornea
Stem Cell Revolutions - a documentary with a chapter on macular degeneration
Patient information from the London Project to Cure Blindness
The European Blind Union
Royal National Institute of Blind People, UK

Remerciements et références

Cette fiche info a été créée par G. Astrid Limb et Silke Becker. La section sur la réparation de la cornée a été révisée par Michele de Luca.

Les images de cellules souches épithéliales limbiques et le schéma illustrant l'utilisation de cellules embryonnaires/iPS ont été fournies par les Dres Hannah Levis et Amanda Carr,respectivement,de l’Institut d’ophtalmologie de l'UCL. Les autres images proviennent du laboratoire d'Astrid Limb.