Les cellules souches embryonnaires: d'où viennent-elles et que peuvent-elles faire?

Les cellules souches embryonnaires ont capturé à la fois l'imagination des chercheurs et des non-chercheurs. Mais que sont-elles, d'où viennent-elles et pourquoi des chercheurs du monde entier travaillent-ils dur pour en savoir plus à leur sujet?

Les cellules souches embryonnaires sont des cellules pluripotentes, c’est-à-dire qu’elles peuvent donner naissance à n’importe quelle autre cellule de l’organisme. Elles sont issues de cellules trouvées dans les embryons humains très précoces, les blastocystes.

Les cellules souches embryonnaires de souris sont utilisées dans de nombreux domaines scientifiques pour étudier comment les blastocystes deviennent des adultes et quels signaux induisent les cellules souches à se différencier en cellules spécialisées.

La création de souris ‘chimériques ‘ avec des cellules souches embryonnaires génétiquement modifiées nous a beaucoup appris sur le développement embryonnaire et les pathologies. Ces souris permettent aux chercheurs d’étudier comment des gènes spécifiques sont associés à des fonctions cellulaires et des maladies.

Les scientifiques recherchent comment créer les nombreux types cellulaires spécialisés trouvés dans l’organisme en exposant les cellules souches embryonnaires à différentes molécules de signalisation et différentes conditions de croissance.

Les cellules souches embryonnaires de souris sont utilisées pour comprendre comment se développe l’organisme, depuis les stades embryonnaires précoces jusqu’à la formation d’organes complexes.

Les chercheurs étudient la manière dont les cellules s’assemblent en tissus complexes, comme les couches du cerveau, en tentant d’obtenir des organes primitifs en culture.

De nombreuses études cherchent à savoir comment l’on pourrait utiliser les cellules souches embryonnaires pour traiter de nombreuses pathologies, de la sclérose en plaques au diabète en passant par la cécité.

Le fonctionnement des cellules souches embryonnaires est différent pour les souris et les êtres humains. Pour des raisons morales et éthiques, les chercheurs ne peuvent pas utiliser les cellules souches embryonnaires humaines comme ils le font avec celles de souris. Cela les oblige à trouver des moyens plus complexes et indirects pour comprendre le fonctionnement des cellules souches embryonnaires humaines.

Un autre défi est de contrôler précisément la manière dont ces cellules se différencient en de nombreux types cellulaires spécialisés.

Trouver des moyens d’obtenir, à partir de cellules souches, des rendements importants de cellules spécialisées qui soient homogènes et donnent des résultats fiables est un objectif primordial, mais pas l’un des plus faciles à réaliser.

Les cellules souches embryonnaires sont cultivées à partir de cellules dans l'embryon quand il est âgé de seulement quelques jours. Chez les humains, les souris et autres mammifères, l'embryon est une boule d'environ 100 cellules à ce stade appelé blastocyste. Le blastocyste a deux parties:

  1. Blastocyst diagram
  2. Une couche externe de cellules, ou trophectoderme, formera le placenta qui supporte l'embryon quand il se developpe dans l'utérus.
  3. Un groupe de cellules internes, appelé masse cellulaire interne, est une boule de 10–20 cellules. Ces cellules sont indifférenciées, ou non spécialisées. Elles vont se multiplier et se différencier extensivement pour créer les nombreux types de cellules nécessaires pour former l'animal en entier.

Les cellules de la masse cellulaire interne sont pluripotentes: elles peuvent créer tous les types de cellules du corps.

Mouse blastocyst
A mouse blastocyst aged 3.5 days. The inner cell mass is coloured green and the trophectoderm is coloured red

Si une masse cellulaire interne est prélevée à partir d'un blastocyste de souris et les bons nutriments lui sont donnés, elle peut être cultivée en laboratoire. Le processus de maturation cellulaire et de spécialisation qui aurait normalement lieu dans l'embryon s'arrête. Au lieu de cela, les cellules se multiplient pour faire plus de cellules indifférenciées qui ressemblent à des cellules de la masse cellulaire interne. Ces cellules cultivées en laboratoire sont appelées cellules souches embryonnaires (ES) .

Embryonic stem cell diagram
Les cellules souches embryonnaires peuvent faire des copies d'elles-mêmes et créer d'autres types de cellules plus spécialisées

 

Les cellules ES de souris peuvent être remises dans un blastocyste de souris et ce blastocyste peut ensuite être retourné dans l'utérus d'une souris femelle pour se développer. Les cellules ES injectées contribuent au développement de l'embryon et le souriceau qui en résulte est né avec un mélange de cellules, (a) du blastocyste hôte et (b) des cellules provenant des cellules ES injectées. Cette nouvelle souris avec des cellules provenant de deux origines différentes est appelée une chimère. 

Les chimères peuvent transmettre des gènes venant de cellules souches embryonnaires à leur progéniture. Les chercheurs peuvent donc modifier les gènes des cellules ES en laboratoire, mettre ces cellules dans des blastocystes, et produire de nouvelles souris qui ont les gènes modifiés, ou «mutations». Les chercheurs utilisent des souris génétiquement modifiées à partir de cellules ES pour étudier les gènes impliqués dans de nombreuses maladies humaines. Par exemple, ils ont créé des souris avec des mutations trouvées dans des cancers humains. Ces souris peuvent être étudiées pour en apprendre plus sur la façon dont les cancers se développent et pour tester de potentiels médicaments. L'immense valeur de cette technique pour la science et la médecine a été reconnue en 2007 lorsque le prix Nobel de médecine a été décerné à trois chercheurs qui ont initié l'utilisation des cellules ES pour créer des souris génétiquement modifiées.

Des chercheurs ont également créé des cellules ES à partir de masses cellulaires internes d'embryons humains en employant la même technique utilisée pour isoler les cellules ES de souris. Vous pouvez en apprendre davantage sur les embryons humains utilisés dans cette recherche et d'où ils viennent dans la fiche, La recherche sur les cellules souches embryonnaires: un dilemme éthique . Alors qu'il n'est pas permis d'injecter des cellules ES humaines dans des blastocystes, ces cellules peuvent être différenciées pour créer de nombreux différents types de cellules spécialisées en laboratoire. En utilisant des cellules ES humaines pour produire des cellules spécialisées comme les neurones (cellules nerveuses) ou des cellules cardiaques en laboratoire, les chercheurs peuvent utiliser des cellules humaines adultes sans prélever de tissus provenant de patients. Ils peuvent ensuite étudier ces cellules adultes spécialisées pour voir ce qui se passe avec certaines maladies, ou pour étudier comment les cellules répondent à de nouveaux médicaments potentiels.

Jusqu'à présent, les chercheurs ont créé des cellules ES en provenance de souris, rats, êtres humains et autres primates. Dans l'avenir, ils espèrent créer des cellules ES à partir d'autres espèces. Les chercheurs travaillent également à étendre et perfectionner des méthodes pour créer des types particuliers de cellules adultes à partir de cellules ES dans le laboratoire. Le contrôle exact de la différenciation des cellules ES est encore un défi majeur. Malgré tout, certains chercheurs étudient la possibilité que les cellules ES pourraient un jour être utilisées pour fabriquer des cellules adultes qui pourraient être transplantées dans des patients pour aider à guérir des tissus endommagés ou malades.

Cette fiche a été créée par Kate Blair et examinée par Jenny Nichols et Austin Smith.

Image du blastocyste humain (image principale) par Mila Roode. Photo du blastocyste de souris par Maria Elena Torres Padilla. Photo de la souris chimère par Jenny Nichols. Photo des neurones par Oliver Bruestle. Toutes les autres images et diagrammes par Kate Blair.