Le rôle des cellules souches dans la santé, la réparation et les maladies pulmonaires

Les maladies pulmonaires chroniques comme le cancer et la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC) sont parmi les causes les plus fréquentes de décès en Europe. Leur prise en charge coûte plus de 100 milliards d'euros par an à l'Union européenne (UE). Ces maladies se caractérisent par des altérations des cellules pulmonaires. La recherche sur les cellules souches pulmonaires pourrait par conséquent nous éclairer sur les causes de ces maladies et mener à de nouveaux traitements.

De nombreuses maladies pulmonaires parmi les plus communes en Europe, comme le cancer du poumon et la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC), sont dues à des altérations qui surviennent dans les cellules  qui composent les poumons. L’étude des cellules souches pulmonaires pourrait aboutir à de nouvelles connaissances sur ces maladies et poser les bases de futurs traitements.

Ces cellules souches jouent un rôle important dans le développement initial des poumons chez le foetus.  De plus, de récents travaux suggèrent qu’il existe de nombreux types différents de cellules souches pulmonaires chez l’adulte qui sont importants dans le mécanisme de réparation des lésions. Différentes populations de cellules souches sont utilisés par le poumon adulte en fonction du type de lésion qu’il a subi. Par exemple, les lésions causées par une infection grippale sont réparées par un type de cellules souches différentes de celles utilisées pour les lésions causées par l’inhalation d’un produit chimique.

Les cellules souches pulmonaires sont présentes dans les poumons en développement des fœtus et dans les poumons adultes, mais ce ne sont pas exactement les mêmes. Les chercheurs savent que des modifications se produisent mais l’on sait peu de choses sur ce en quoi elles sont différentes.

Certains chercheurs étudient les mécanismes de contrôle qui déterminent quelles cellules souches pulmonaires seront activées après une blessure ou une infection.

Les chercheurs étudient la façon dont des lésions dans certains gènes qui contrôlent la croissance et la multiplication des cellules souches pulmonaires peut conduire à des cellules qui continuent à se diviser, se multiplier et devenir potentiellement des cancers pulmonaires.

La majorité des recherches sur les cellules souches pulmonaires ont été effectuées chez la souris, mais on commence à étudier comment les résultats ainsi obtenus peuvent s’appliquer aux cellules pulmonaires humaines.

L’étude du fonctionnement des cellules pulmonaires humaines est très difficile en laboratoire car ces cellules forment des structures et des tissus complexes qu’il n’est pas encore possible de reproduire artificiellement. Cependant, les avancées récentes dans les conditions de culture des organoïdes sont maintenant applicable aux poumons et permettent d'étudier certains des comportements des cellules souches pulmonaires humaines.

Lungs

Nos poumons travaillent dur. Chez l'homme, ils respirent en moyenne 20 à 40 millions de fois au cours d'une vie et inhalent entre 7 000 et 10 000 litres d'air par jour. Le système respiratoire des mammifères se compose de deux régions distinctes :

1. La région conductrice formée de la trachée, des bronches et des bronchioles.
2. La région dans laquelle s'effectuent les échanges gazeux ou espaces alvéolaires.

Les scientifiques ont découvert que ces régions contiennent des cellules souches et des cellules progénitrices différentes. Dans le poumon normal, les cellules progénitrices (ou progéniteurs) sont abondantes dans les deux régions où elles se divisent pour remplacer les cellules pulmonaires âgées ou endommagées, permettant ainsi de conserver des poumons en bonne santé. Les cellules progénitrices comprennent les cellules basales de la trachée, les cellules de Clara localisées au niveau des bronchioles et les cellules alvéolaires de type II. On estime que la division de ces cellules est suffisante pour permettre à la structure du poumon adulte de se renouveler à vie.

Beaucoup plus rares que les progéniteurs, les cellules souches sont présentes dans les poumons de l'embryon et de l'adulte. Certaines cellules souches contribuent à la formation des poumons ainsi qu’aux mécanismes de réparation et de régénération des tissus pulmonaires tout au long de la vie. Des modifications de ces cellules peuvent jouer un rôle dans la survenue de maladies. Chez la souris, on a découvert une rare population de cellules souches localisées dans les voies aériennes conductrices, qui en réponse à une affection grave (comme la grippe), sont capables de se diviser et de produire de nouvelles cellules qui contribuent à la formation de la région conductrice et de la région des échanges gazeux. Ces cellules ont été cultivées in vitro et la preuve de concept de leur utilisation pour réparer des lésions pulmonaires chez la souris a été validée.

Les poumons
Gauche : structure du poumon adulte. Droite : anatomie du poumon et cellules souches pulmonaires

 

Une meilleure compréhension de la biologie des cellules souches et des progéniteurs pulmonaires nous éclairera sur le fonctionnement du poumon sain et les causes de pathologies pulmonaires telles que la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC). Ces recherches pourraient mener à la mise au point de nouveaux médicaments ou traitements. Les cellules souches pulmonaires pourraient être utilisées, en tant que telles, dans le futur pour réparer ou régénérer les tissus pulmonaires endommagés par des blessures ou des maladies graves.

Les cellules souches pulmonaires ont été identifiées et caractérisées principalement chez les souris génétiquement modifiées. Ces études chez la souris ont permis de montrer l’existence de différences entre les cellules souches embryonnaires et adultes, de découvrir le rôle de ces cellules dans la réparation des tissus pulmonaires et d'examiner comment des altérations de ces cellules peuvent conduire à l'apparition de maladies. Un des objectifs de la recherche est de déterminer si les mêmes populations de cellules souches et de cellules progénitrices sont présentes chez l'homme.

Fluorescence tagging of progenitor and stem cells before and after lung injury
Marquage fluorescent de cellules souches et de progéniteurs avant et après une lésion pulmonaire

Leurs recherches visent aussi à déterminer le rôle de ces cellules dans diverses maladies pulmonaires, y compris le cancer et la MPCO. Les premières études menées chez des patients ont commencé à évaluer le potentiel thérapeutique de remplacement ou de régénération des poumons par les cellules souches.

L'amélioration des connaissances scientifiques sur la nature et les fonctions exactes des cellules souches pulmonaires chez l’homme permettra de révéler leur potentiel thérapeutique. Les chercheurs identifieront des médicaments capables de contrôler le comportement de ces cellules et leur utilisation comme traitement médical pourra être testée. D'autres recherches évalueront les applications possibles des cellules souches pulmonaires en médecine personnalisée.

Cette fiche info a été créée par Adam Giangreco et Emma Rawlins.

Révisée et mise à jour en 2015 et 2018 par Emma Rawlins.

Traduction en français par Chantal Cerdan et Hélène Jakobczyk.

Schéma par Adam Giangreco. Images par Adam Giangreco et Emma Rawlins.