Cellule souche neuronale, cellule largement indifférenciée originaire du système nerveux central. Les cellules souches neurales (CSN) ont le potentiel de donner naissance à des cellules de descendance qui se développent et se différencient en neurones et en cellules gliales (cellules non neuronales qui isolent les neurones et améliorent la vitesse à laquelle les neurones envoient des signaux).
Pendant des années, on a pensé que le cerveau était un système fermé et fixe. Même le célèbre neuroanatomiste espagnol Santiago Ramón y Cajal, qui a remporté le prix Nobel de physiologie en 1906 pour avoir établi que le neurone était la cellule fondamentale du cerveau, ignorait les mécanismes de la neurogenèse (la formation du tissu nerveux) au cours de sa carrière, par ailleurs remarquable. Au cours de la seconde moitié du XXe siècle, seule une poignée de découvertes, principalement chez les rats, les oiseaux et les primates, ont laissé entrevoir la capacité de régénération des cellules du cerveau. À cette époque, les scientifiques supposaient qu’une fois que le cerveau était endommagé ou commençait à se détériorer, il ne pouvait pas régénérer de nouvelles cellules comme le font d’autres types de cellules, telles que les cellules du foie et de la peau. On pensait que la génération de nouvelles cellules cérébrales dans le cerveau adulte était impossible, car une nouvelle cellule ne pourrait jamais s’intégrer complètement dans le système complexe existant du cerveau. Ce n’est qu’en 1998 que des CSN ont été découvertes chez l’homme, d’abord dans une région du cerveau appelée hippocampe, connue pour son rôle dans la formation des souvenirs. Plus tard, on a également découvert que les CSN étaient actives dans les bulbes olfactifs (une zone qui traite l’odorat) et dormantes et inactives dans le septum (une zone qui traite les émotions), le striatum (une zone qui traite le mouvement) et la moelle épinière.
Aujourd’hui, les scientifiques étudient des produits pharmaceutiques qui pourraient activer les CSN dormantes au cas où les zones où se trouvent les neurones seraient endommagées. D’autres voies de recherche visent à trouver des moyens de transplanter les CSN dans les zones endommagées et de les inciter à migrer dans les zones endommagées. D’autres encore cherchent à prélever des cellules souches d’autres sources (par exemple, des embryons) et à influencer ces cellules pour qu’elles se transforment en neurones ou en cellules gliales. Les plus controversées de ces cellules souches sont celles qui proviennent d’embryons humains, qui doivent être détruits pour obtenir les cellules. Les scientifiques ont réussi à créer des cellules souches pluripotentes induites en reprogrammant des cellules somatiques adultes (cellules du corps, à l’exclusion des spermatozoïdes et des ovules) par l’introduction de certains gènes régulateurs. Cependant, la génération de cellules reprogrammées nécessite l’utilisation d’un rétrovirus, et ces cellules ont donc le potentiel d’introduire des virus cancérigènes dangereux chez les patients. Les cellules souches embryonnaires (CSE) possèdent un potentiel étonnant, puisqu’elles sont capables d’être transformées en n’importe quel type de cellule présente dans le corps humain, mais des recherches supplémentaires sont nécessaires pour développer de meilleures méthodes d’isolement et de génération des CSE.
La récupération après un accident vasculaire cérébral est un domaine de recherche où l’on a découvert beaucoup de choses sur les promesses et les complexités de la thérapie par cellules souches. Deux approches principales peuvent être adoptées pour la thérapie par cellules souches : l’approche endogène ou l’approche exogène. L’approche endogène repose sur la stimulation de CSN adultes dans l’organisme du patient. Ces cellules souches se trouvent dans deux zones du gyrus denté (partie de l’hippocampe) dans le cerveau, ainsi que dans le striatum (partie des ganglions de la base située dans les profondeurs des hémisphères cérébraux), le néocortex (l’épaisseur externe du cortex cérébral hautement convoluté) et la moelle épinière. Dans des modèles de rats, des facteurs de croissance (substances médiatrices de la croissance cellulaire), tels que le facteur de croissance des fibroblastes-2, le facteur de croissance endothélial vasculaire, le facteur neurotrophique dérivé du cerveau et l’érythropoïétine, ont été administrés après des accidents vasculaires cérébraux dans le but d’induire ou d’améliorer la neurogenèse, ce qui permet d’éviter les lésions cérébrales et de stimuler la récupération fonctionnelle. Le facteur de croissance le plus prometteur dans les modèles de rats était l’érythropoïétine, qui favorise la prolifération des cellules progénitrices neurales et qui s’est avérée induire la neurogenèse et une amélioration fonctionnelle après un accident vasculaire cérébral embolique chez le rat. Cette étude a été suivie d’essais cliniques dans lesquels l’érythropoïétine a été administrée à un petit échantillon de patients victimes d’un AVC, qui ont finalement montré des améliorations spectaculaires par rapport aux personnes du groupe placebo. L’érythropoïétine s’est également révélée prometteuse chez les patients atteints de schizophrénie et de sclérose en plaques. Cependant, d’autres études doivent être réalisées sur des groupes de patients plus importants afin de confirmer l’efficacité de l’érythropoïétine.
Les thérapies à base de cellules souches exogènes reposent sur l’extraction, la culture in vitro, puis la transplantation de cellules souches dans les régions du cerveau touchées par un accident vasculaire cérébral. Des études ont montré que des CSN adultes peuvent être obtenues à partir du gyrus denté, de l’hippocampe, du cortex cérébral et de la substance blanche sous-corticale (couche située sous le cortex cérébral). Des études de transplantation ont été réalisées chez des rats souffrant de lésions de la moelle épinière à l’aide de cellules souches prélevées dans la zone sous-ventriculaire (zone située sous les parois des cavités cérébrales remplies de liquide, ou ventricules) du cerveau adulte. Heureusement, la biopsie n’a pas entraîné de déficits fonctionnels. Des études ont également été menées sur des rats dans lesquelles des CSE ou des cellules souches neurales dérivées de fœtus et des cellules progénitrices (cellules indifférenciées ; similaires aux cellules souches mais avec des capacités de différenciation plus étroites) ont été transplantées dans des régions du cerveau endommagées par un accident vasculaire cérébral. Dans ces études, les CSN greffées se sont différenciées avec succès en neurones et en cellules gliales, et il y a eu une certaine récupération fonctionnelle. Toutefois, la principale réserve concernant les thérapies exogènes est que les scientifiques n’ont pas encore pleinement compris les mécanismes sous-jacents de la différenciation des cellules progénitrices et de leur intégration dans les réseaux neuronaux existants. En outre, les scientifiques et les cliniciens ne savent pas encore comment contrôler la prolifération, la migration, la différenciation et la survie des CSN et de leur progéniture. Cela est dû au fait que les CSN sont partiellement régulées par le microenvironnement spécialisé, ou niche, dans lequel elles résident.
Des recherches ont également été menées sur les cellules souches hématopoïétiques (CSH), qui se différencient généralement en cellules sanguines mais peuvent également être transdifférenciées en lignées neurales. Ces CSH peuvent être trouvées dans la moelle osseuse, le sang du cordon ombilical et les cellules du sang périphérique. Il est intéressant de noter que ces cellules sont spontanément mobilisées par certains types d’accidents vasculaires cérébraux et qu’elles peuvent également être mobilisées par le facteur de stimulation des colonies de granulocytes (G-CSF). Des études sur le G-CSF chez le rat ont montré qu’il pouvait entraîner une amélioration fonctionnelle après un AVC, et les essais cliniques chez l’homme semblent prometteurs. Des études exogènes ont également été menées chez le rat avec des CSH. Dans certaines études, les CSH ont été administrées localement sur le site de la lésion, tandis que dans d’autres études, elles ont été administrées de manière systémique par transplantation intraveineuse. Cette dernière procédure est simplement plus réalisable, et les CSH les plus efficaces semblent être celles dérivées du sang périphérique.
Les recherches qui ont été menées sur les thérapies à base de cellules souches pour l’épilepsie et la maladie de Parkinson démontrent également la promesse et la difficulté de cultiver correctement les cellules souches et de les introduire dans un système vivant. En ce qui concerne les CSE, des études ont montré qu’elles sont capables de se différencier en neurones dopaminergiques (neurones qui transmettent ou sont activés par la dopamine), en motoneurones spinaux et en oligodendrocytes (cellules non neuronales associées à la formation de la myéline). Dans le cadre d’études visant à traiter l’épilepsie, des précurseurs neuronaux dérivés de cellules souches embryonnaires de souris (ESN) ont été transplantés dans les hippocampes de rats épileptiques chroniques et de rats témoins. Après la transplantation, aucune différence n’a été constatée dans les propriétés fonctionnelles des ESN, car ils présentaient tous les propriétés synaptiques caractéristiques des neurones. Cependant, il reste encore à déterminer si les ESN ont la capacité de survivre pendant des périodes prolongées dans l’hippocampe épileptique, de se différencier en neurones dotés des fonctions hippocampiques appropriées et de supprimer les déficits d’apprentissage et de mémoire dans l’épilepsie chronique. D’autre part, on a déjà observé que les NSC survivent et se différencient en différentes formes fonctionnelles de neurones chez les rats. Cependant, il n’est pas clair si les CSN peuvent se différencier en différentes formes fonctionnelles en quantités appropriées et si elles peuvent faire des synapses correctes avec les neurones hyperexcitables afin de les inhiber et ainsi juguler les crises.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Les traitements de la maladie de Parkinson sont également prometteurs et font face à des obstacles similaires. Des recherches cliniques ont été menées sur la transplantation de tissu mésencéphalique fœtal humain (tissu dérivé du mésencéphale, qui fait partie du tronc cérébral) dans les striata de patients atteints de Parkinson. Cependant, la disponibilité de ce tissu est limitée, ce qui rend la transplantation de CSE plus attrayante. En effet, la recherche a déjà montré que des neurones dopaminergiques transplantables – le type de neurones affectés par la maladie de Parkinson – peuvent être générés à partir de CSE de souris, de primates et d’humains. La principale différence entre les CSE de souris et les CSE humaines est toutefois que les CSE humaines mettent beaucoup plus de temps à se différencier (jusqu’à 50 jours). En outre, les programmes de différenciation des CSE humaines nécessitent l’introduction de sérum animal pour se propager, ce qui peut enfreindre certaines réglementations médicales, selon le pays. Les chercheurs devront également trouver un moyen de faire survivre les cellules progénitrices dopaminergiques dérivées des CSE pendant une période plus longue après la transplantation. Enfin, il y a la question de la pureté des populations de cellules dérivées de CSE ; toutes les cellules doivent être certifiées comme étant des cellules précurseurs dopaminergiques avant de pouvoir être transplantées en toute sécurité. Néanmoins, les techniques de différenciation et de purification s’améliorent au fil des études. En effet, la génération de grandes banques de populations cellulaires pures et spécifiques pour la transplantation humaine reste un objectif réalisable.