12 décembre 2005
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La Jolla, Californie – Des études antérieures ont montré que des cellules souches embryonnaires humaines (CSEh) indifférenciées peuvent survivre dans le cerveau de rats de laboratoire atteints de la maladie de Parkinson. Cependant, jusqu'à présent, on ignorait si les CSEh pouvaient devenir des éléments pleinement fonctionnels de l'architecture neuronale de l'animal hôte – une condition essentielle pour que les cellules souches puissent un jour être utilisées dans des traitements médicaux visant à reconstituer les neurones manquants ou endommagés chez les patients atteints de maladies neurodégénératives telles que la maladie de Parkinson ou d'Alzheimer.
Des recherches menées au Salk Institute for Biological Studies indiquent pour la première fois que les cellules souches embryonnaires humaines (CSEh) se transforment en cellules cérébrales adultes pleinement fonctionnelles et s'intègrent au système nerveux existant lorsque ces cellules humaines sont injectées dans le cerveau en développement d'embryons de souris âgés de deux semaines. Cette découverte ouvre la voie à une nouvelle approche de l'étude des maladies neurodégénératives et pourrait accélérer les tests de médicaments pour traiter ces maladies.
Les chercheurs de Salk dirigés par Fred H. Gage, Ph.D, professeur et codirecteur du laboratoire de génétique à l'Institut Salk, a publié ses conclusions dans les Actes de l'Académie nationale des sciences de cette semaine.
« Outre son potentiel thérapeutique, notre découverte ouvre également la possibilité d'étudier les maladies humaines dans un nouveau contexte », déclare la première auteure, Alysson R. Muotri, Ph. D. « Nous pouvons nous demander si la neurodégénérescence est le fait d'une cellule malade ou si elle est causée par l'environnement cérébral local. »
Bien que les cellules souches embryonnaires humaines (CSEh) implantées dans les embryons de souris aient la capacité de se développer et de devenir des membres pleinement intégrés du cerveau des animaux, elles y parvenaient rarement. Moins de 0.1 % de leurs cellules cérébrales étaient d'origine humaine, et ces quelques-unes avaient pris la taille et la forme de leurs voisines. « Cela montre que l'injection de cellules souches humaines dans le cerveau de souris ne restructure pas le cerveau », explique Gage.
En théorie du moins, les cellules souches embryonnaires humaines (CSEh) peuvent se développer indéfiniment en laboratoire sous forme de cellules non spécialisées et être amenées à se différencier en différents types cellulaires. Mais dans des conditions de culture imparfaites, elles peuvent perdre leur omnipotence.
« Ce test sera très utile pour déterminer si des lignées de cellules souches humaines données ont encore la capacité de former des neurones pleinement fonctionnels », explique Gage, expliquant que les scientifiques ne savent pas actuellement si les cellules souches qui ont été conservées en culture à l'extérieur du corps pendant de longues périodes ont perdu le potentiel de devenir un neurone ou non.
Il souligne également que « cette procédure permettra également à d’autres laboratoires et sociétés pharmaceutiques de tester la toxicité de nouveaux composés et d’évaluer leurs effets sur les cellules cérébrales humaines, non seulement dans une boîte de Petri, mais dans le contexte d’un cerveau fonctionnel. »
Par le passé, les cellules souches embryonnaires humaines (CSEh) injectées à des souris adultes formaient souvent des tumeurs ou étaient rejetées par le système immunitaire. Espérant contourner ces problèmes, Gage et son équipe ont opté pour l'injection de CSEh dans le cerveau en développement de souris embryonnaires.
Pour pouvoir suivre le sort des cellules après l'injection, les scientifiques de Salk ont marqué les cellules souches embryonnaires humaines (hESC), qu'ils avaient obtenues auprès de CyThera, Inc., Californie, avec une protéine fluorescente verte.
Les cellules souches embryonnaires humaines (hESC) vertes et brillantes se sont différenciées en différents types de neurones et de cellules gliales de soutien, ont migré dans tout le cerveau et se sont installées dans différentes régions sans former de tumeurs ni être rejetées par le système immunitaire de la souris.
« Deux mois plus tard, lorsque nous avons caractérisé ces cellules, nous avons découvert qu'elles présentaient la morphologie, la forme et les caractéristiques de cellules de souris », explique Gage. « Il est vraiment étonnant que ces cellules souches humaines, bien que très immatures, puissent encore développer des marqueurs de surface pour répondre à différents signaux de leur environnement et s'intégrer parfaitement à leurs voisines murines », ajoute-t-il.
D'autres auteurs ont contribué à ce travail, notamment le co-premier auteur Kinichi Nakashima, anciennement au Salk et maintenant à l'Institut des sciences et technologies de Nara au Japon, et les chercheurs postdoctoraux Nicolas Toni et Vladislav M. Sandler.
Toutes les expériences ont suivi les directives sur l'utilisation des cellules souches publiées en avril dernier par l'Académie nationale des sciences. Conformément à ces directives et aux directives internes de Salk sur la recherche sur les cellules souches humaines, les souris utilisées dans ces expériences n'ont pas été autorisées à se reproduire. La recherche a été financée par la Fondation Mathers et le Lookout Fund.
Le Salk Institute for Biological Studies, situé à La Jolla, en Californie, est une organisation indépendante à but non lucratif dédiée aux découvertes fondamentales en sciences de la vie, à l'amélioration de la santé humaine et à la formation des futures générations de chercheurs. Le Dr Jonas Salk, dont le vaccin contre la polio a pratiquement éradiqué la poliomyélite en 1955, a ouvert l'Institut en 1965 grâce à un don foncier de la ville de San Diego et au soutien financier de la March of Dimes. Pour plus d'informations : www.salk.edu.
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