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

Notre vue est sans doute notre sens le plus important ; nous nous y fions pour nous déplacer aisément dans notre environnement. La perte de la vue peut avoir un impact considérable sur la vie d’un individu, mais nombre des troubles qui provoquent la cécité sont actuellement difficiles ou impossibles à traiter. Les chercheurs utilisent à présent la technologie des cellules souches pour explorer de nouvelles approches possibles pour traiter la perte de vision.

Les traitements pour la majorité des troubles qui entraînent la perte de la vue sont difficiles ou encore impossibles.

Les cellules spécialisées de l’œil remplissent des fonctions précises pour focaliser la lumière et transformer ce qui est vu en signaux envoyés au cerveau. L’œil contient plusieurs types de cellules souches qui renouvellent constamment les cellules spécialisées qui ont vieilli ou sont endommagées.

Holoclar® est actuellement le seul traitement de l’œil à base de cellules souches approuvé cliniquement. Ce traitement rend la vue à des patients dont la cornée est atteinte (la partie transparente la plus extérieure de l’œil) en greffant des cellules souches limbiques cultivées en laboratoire dans les zones de l’œil dépourvues de ces cellules.

Holoclar® n’est efficace que si les personnes ont encore dans leurs yeux quelques cellules souches limbiques restantes  pour qu’elles puissent être cultivées en laboratoire. De nouvelles méthodes de production de cellules limbiques avec des cellules souches pluripotentes sont en cours de développement pour des personnes sans aucune cellule souche limbique restante.

Les chercheurs étudient par quels moyens des greffes de cellules de l’épithélium pigmentaire rétinien obtenues à partir de cellules souches pluripotentes pourraient éviter la cécité à des patients atteints de maladies telles que la dégénérescence maculaire liée à l’âge.

Ils utilisent aussi les cellules souches pour étudier différentes caractéristiques de l’œil, allant de la composition de l’œil  à ce qui provoque les maladies oculaires et la façon de les traiter.

De nombreuses maladies responsables de la cécité sont encore incurables. Les chercheurs s’emploient à comprendre quelles sont les causes de ces maladies, quels autres types de cellules souches nichent dans l’œil et comment les cellules souches pourraient être utilisées pour améliorer voire même restaurer la vision des patients. 

Beaucoup de ces recherches en sont encore à leurs débuts. Tout comme il a fallu plus de vingt ans pour qu’ Holoclar® devienne un traitement sûr et efficace, il faudra du temps pour que la recherche et les découvertes d’aujourd’hui se transforment en traitements fiables et sûrs pour d’autres formes de cécité.

L’oeil est l’organe responsable de notre capacité à voir le monde qui nous entoure.  Il est capable de détecter la lumière du milieu extérieur et de transmettre au cerveau ce qu’il a perçu. C’est un organe très complexe constitué de nombreux composants spécialisés, un peu comme une caméra électronique. Les composants, ou tissus, sont constitués de nombreux types cellulaires, chacun ayant leur propre tâches pour permettre aux tissus de remplir leurs rôles spécifiques.

DIagram of the eye
L'œil: un organe complexe formé de plusieurs couches de différents types cellulaires.

Les principaux constituants de l'œil sont :

La cornée La ‘fenêtre’ transparente en avant de l’oeil qui laisse passer la lumière
Le cristallin Agit comme la lentille d’une caméra en focalisant la lumière qui pénètre dans l’oeil
La rétine Le circuit électrique à l’arrière de l’oeil qui est responsable de la vision. C’est le composant le plus complexe de l’oeil et il est constitué de plusieurs types de cellules avec des rôles spécifiques. Les cellules photoréceptrices en font partie. Elles détectent la lumière entrant dans l’oeil et produisent un signal électrique.
Le nerf optique Un câble biologique qui connecte l’oeil au cerveau. Il est responsable du transfert vers le cerveau du signal électrique émis dans la rétine. Le cerveau interprète ensuite ce signal pour nous  donner une image de notre environnement. Le nerf optique est étroitement associé à la rétine.
L'épithélium pigmentaire rétinien Un feuillet de cellules pigmentées qui se situe sous la rétine. Ce feuillet adhère à la rétine et a plusieurs rôles importants, notamment celui de transformer les nutriments.
   

Les troubles et maladies de l’oeil se déclarent quand un ou plusieurs de ces composants est endommagé, et/ou cesse de fonctionner normalement.

Les troubles qui apparaissent sont différents selon le composant défectueux. La difficulté à traiter ces problèmes vient de ce qu’il n’est pas facile d’obtenir de nouveaux composants biologiques pour l’oeil, au contraire des composants électroniques d’une caméra. C’est en cela que la technologie des cellules souches pourrait être utile. Les cellules souches peuvent être une source de nouvelles cellules spécialisées saines et pourraient offrir un moyen de remplacer les cellules lésées de l’oeil. Plusieurs types de cellules souches pourraient être utilisés de différentes façons selon l’affection spécifique à traiter. Sur quoi la recherche actuelle porte-t-elle donc?

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

Le clignement des yeux et l’exposition au monde extérieur provoquent des lésions chroniques des cellules qui constituent la cornée (la fenêtre de l’oeil). Pour réparer ces lésions, nous avons un petit nombre de cellules souches en bordure de la cornée, connues sous le nom de cellules souches limbiques. Elles sont responsables de la production de nouvelles cellules de la cornée pour remplacer celles qui sont lésées. Si ces cellules souches sont perdues à la suite d’une blessure ou d’une maladie, la cornée ne peut plus être réparée. Cela affecte la capacité de la lumière à pénétrer dans l’oeil, provoquant une perte de vision significative.

Après de nombreuses années de recherche minutieuse, les scientifiques ont à présent développé une technique selon laquelle des cellules souches limbiques sont prélevées d’un oeil de donneur sain compatible, ou d’une zone limbique épargnée dans des lésions bilatérales, amplifiées en culture et transplantées dans l’oeil lésé. Des essais cliniques ont montré que la greffe de cellules souches limbiques d’un oeil sain pouvait réparer la cornée et restaurer définitivement la vision. Afin d’éviter le rejet immunitaire, ce traitement n’est efficace que si le patient a une partie saine du limbe dont les cellules souches limbiques seront prélevées.

Diagram on repairing the cornea
Réparer la cornée : à l’heure actuelle, le seul traitement de l’oeil à base de cellules souches qui se soit révélé efficace dans des essais cliniques.

C’est à présent le seul traitement de l’oeil à base de cellules souches disponible dont l’efficacité a été prouvée dans des essais cliniques. En 2015, la Commission Européenne a donné l’autorisation (après validation par l’Agence Européenne du Médicament) aux professionnels de la santé de commercialiser un médicament de thérapie innovante contenant des cellules souches limbiques. C’est la phase finale du processus d’application clinique à l’issue d’essais cliniques concluants. Le traitement, appelé Holoclar® , s’appuie sur plus de vingt ans de recherche d’excellence menée par une équipe de scientifiques de renommée internationale dans le domaine de la biologie des cellules souches épithéliales. Il est produit par une société italienne issue de l’université, Holostem Terapie Avanzate S.r.l., dans des installations certifiées BPF (GMP) (Bonnes Pratiques de Fabrication ou Good Manufacturing Practice) en accord avec la législation européenne, et commercialisé par Chiesi Farmaceutici S.p.a. Si les cornées des deux yeux sont gravement atteintes (insuffisance limbique bilatérale), ce traitement est inopérant car il ne reste aucune cellule souche limbique à cultiver. Pour relever ce défi, les chercheurs étudient actuellement une approche différente - utiliser les cellules souches embryonnaires ou les cellules souches pluripotentes induites (cellules iPS) ou encore les cellules souches de la muqueuse buccale - pour produire de nouvelles cellules souches limbiques en laboratoire. Ceci permettrait d’éviter une chirurgie lourde pour prélever des cellules souches limbiques, et de fournir aussi une source théoriquement permanente de grande quantités de cellules souches limbiques pour des patients qui en ont besoin. Il est à espérer qu’à l’avenir les patients auront accès à ce type d’approche.

Remplacer les cellules de l'épithélium pigmentaire rétinien

Les cellules de l’épithélium pigmentaire rétinien (EPR) ont plusieurs fonctions importantes, y compris celle de prendre soin de la rétine contigüe. Si ces cellules cessent de fonctionner correctement du fait d’une lésion ou d’une maladie, certaines régions de la rétine meurent. La rétine étant le composant de l’oeil responsable de la détection de la lumière, cela conduit à un début de cécité. Les cellules EPR peuvent être lésées par diverses maladies comme : la dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA), la rétinite pigmentaire ou l’amaurose congénital de Leber.

L’un des moyens de traiter ces maladies serait de remplacer les cellules EPR lésées par des cellules saines transplantées. Malheureusement il est impossible de prélever des cellules EPR saines chez des donneurs et il est donc nécessaire de trouver d’autres sources de cellules à greffer. Les scientifiques ont récemment produit en laboratoire de nouvelles cellules EPR à partir de cellules souches embryonnaires ou de cellules iPS. L’innocuité des cellules EPR dérivées de cellules souches embryonnaires a été testée par une compagnie de biotechnologie des cellules souches, Advanced Cell Technologies, dans un essai clinique de phase I/II chez des patients atteints de dystrophie maculaire de Stargardt et chez ceux atteints de DMLA. Les résultats de cet essai, publiés en 2014, démontrent l’innocuité et le succès de l’implantation des cellules EPR greffées. Cependant, certains participants à l’essai ont éprouvé des effets secondaires indésirables dus à l’immunosuppression et au procédé de transplantation lui-même. Il est intéressant de noter que plusieurs patients ont aussi mentionné une amélioration de leur vision, bien que ce ne fut pas la finalité de l’essai.

Un second essai de Phase I/II, étudiant l’utilisation des cellules EPR dérivées de cellules souches embryonnaires humaines chez des patients atteints de DMLA dite humide, est actuellement en cours au Royaume-Uni. Le premier patient a reçu la greffe en septembre 2015. Ce travail, conduit par le Pr. Pete Coffey, est mené à l’hôpital Moorfields Eye. Il fait partie du projet britannique, ‘The London Project to Cure Blindness’ (le projet londonien pour guérir la cécité).

Enfin, un chercheur japonais, le Dr Masayo Takahashi, conduit un essai clinique au Japon dans lequel des cellules EPR produites à partir de cellules iPS sont transplantées chez des patients atteints de DMLA humide. L’essai a été suspendu pendant plusieurs mois du fait de modifications réglementaires au Japon et de doutes sur l’existence de mutations dans l’un des produits des cellules iPS qui devait être utilisé dans l’essai. L’essai a repris en juin 2016 et beaucoup attendent les résultats.

Plusieurs autres essais cliniques de phase I ou I/II sont menés dans le monde sur de petits nombres de sujets. Ces essais portent principalement sur l’innocuité, mais aussi dans quelques cas sur l’efficacité, de l’utilisation des cellules EPR dérivées de cellules souches pluripotentes dans le traitement des DMLA sèche et humide et de la dégénérescence maculaire de Stargardt.

Le remplacement des cellules EPR lésées ne sera efficace que chez les patients dont une partie au moins de la rétine est fonctionnelle et qui ont donc un certain degré de vision (c.a.d. aux premiers stades de la maladie). La raison en est que les cellules EPR ne sont pas elles-mêmes responsables de la vue, mais assurent en fait le soutien de la rétine “voyante”. Il y a perte de la vue dans de telles maladies lorsque la rétine commence à dégénérer car les cellules EPR ne remplissent plus leur rôle correctement. Les cellules EPR doivent donc être remplacées en temps voulu pour qu’elles soutiennent une rétine encore fonctionnelle. Il faut espérer que les nouvelles cellules EPR stopperons ainsi toute nouvelle perte de vision, et pourraient même, dans certains cas, améliorer la vue jusqu’à un certain point.

Diagram on developing eye therapies
Remplacer les cellules de l'épithélium pigmentaire rétinien : des techniques de production de cellules à visée thérapeutique font l’objet de recherches et sont testées pour leur innocuité dans des essais cliniques précoces.

Remplacer les cellules rétiniennes

Dans de nombreux cas de perte de vision, nous trouvons souvent que le problème vient d’un dysfonctionnement du circuit rétinien. Différents troubles surviennent lorsque des cellules spécialisées particulières cessent de fonctionner correctement ou meurent. Bien que la rétine soit plus complexe que d’autres composants de l’oeil, nous espérons qu’en trouvant la source de nouvelles cellules rétiniennes, nous serons capables de remplacer les cellules lésées ou qui meurent pour réparer la rétine. De plus, cette approche pourrait aussi aider à réparer des lésions du nerf optique.

Les scientifiques ont à nouveau fait appel à la technologie des cellules souches pour fournir une source de cellules de remplacement. Selon plusieurs études, les cellules souches embryonnaires comme les cellules iPS peuvent être transformées en laboratoire en différents types de cellules rétiniennes. Dans l’oeil, un type de cellule appelée cellule de Müller, qui se trouve dans la rétine, est connu pour se comporter comme une cellule souche dans certaines espèces, comme le zebrafish. Il a été suggéré que cette cellule pourrait aussi agir comme une cellule souche chez l’être humain, et pourrait dans ce cas fournir une autre source de cellules rétiniennes pour réparer la rétine.

Contrairement à la greffe de cellules EPR, la réparation directe de la rétine pourrait permettre de restaurer partiellement la vue de patients déjà atteints de cécité. Cela donne un espoir aux patients atteints de maladies telles que la DMLA à un stade avancé, dans laquelle les cellules photo-réceptrices sensibles à la lumière ont déjà été perdues. Ce type de recherche pourrait aussi offrir de nouveaux traitements aux personnes souffrant de maladies de la rétine comme la rétinite pigmentaire ou le glaucome. Cependant, malgré des preuves encourageantes, ce type de recherche n’en est encore qu’à ses tout débuts. Aucun essai clinique utilisant ce type d’approche n’est encore planifié, car des recherches plus approfondies sont encore nécessaires.

Diagram on making retinal nerve cells
Remplacer les cellules nerveuses de la rétine : La recherche actuelle vise à mieux comprendre comment produire des cellules nerveuses rétiniennes qui pourraient être utilisées dans de futurs traitements.

 

La technologie des cellules souches offre de grandes possibilités d’améliorer la vie de personnes souffrant de troubles visuels. Un certain nombre d’études sont actuellement en cours afin de développer de nouvelles thérapies pour traiter, et/ou prévenir, une perte de vision. L’essentiel de cette recherche est de mieux comprendre la façon dont les différents types de cellules souches se comportent, et comment exploiter leur potentiel dans l’oeil. Une approche sur mesure est requise, fonction du problème particulier dont souffre un patient. Les cellules souches ne sont pas un remède général et unique, mais elles offrent un potentiel exceptionnel pour produire de nouveaux composants biologiques qui pourront être utilisés pour réparer l’oeil.

Ce document a été élaboré par G. Astrid Limb, Silke Becker et Matt Smart. Il a été revu par Pete Coffey avec une contribution de Michele de Luca sur la réparation de la cornée.

Images de cellules souches épithéliales limbiques montrant l’utilisation de cellules embryonnaires/iPS par le Dr Hannah Levis et le Dr Amanda Carr, respectivement, UCL Institute of Ophtalmology. Toutes les autres images viennent du laboratoire d’ Astrid Limb.