Cellule souche mésenchymateuse - Mesenchymal stem cell

Cellule souche mésenchymateuse
MSC fort grossissement.jpg
Micrographie électronique à transmission d'une cellule souche mésenchymateuse présentant des caractéristiques ultrastructurales typiques .
Des détails
Identifiants
Latin Cellula mesenchymatica praecursoria
Engrener D059630
E H2.0.01.0.00008
Termes anatomiques de la microanatomie

Les cellules souches mésenchymateuses ( CSM ) également appelées cellules stromales mésenchymateuses ou cellules de signalisation médicinales sont des cellules stromales multipotentes qui peuvent se différencier en divers types de cellules, notamment les ostéoblastes (cellules osseuses), les chondrocytes (cellules du cartilage), les myocytes (cellules musculaires) et les adipocytes (cellules graisseuses qui donnent naissance au tissu adipeux médullaire ).

Structure

Définition

Bien que les termes cellule souche mésenchymateuse (CSM) et cellule stromale de la moelle osseuse soient utilisés de manière interchangeable depuis de nombreuses années, aucun des deux termes n'est suffisamment descriptif :

Morphologie

Cellule souche mésenchymateuse dérivée de moelle osseuse humaine montrant une morphologie de type fibroblaste vue au microscope à contraste de phase (carl zeiss axiovert 40 CFL) à un grossissement de 63 x
Un exemple de cellules souches mésenchymateuses humaines imagées avec un microscope d' imagerie de cellules vivantes

Les cellules souches mésenchymateuses sont caractérisées morphologiquement par un petit corps cellulaire avec quelques processus cellulaires longs et minces. Le corps cellulaire contient un gros noyau rond avec un nucléole proéminent , qui est entouré de particules de chromatine finement dispersées , donnant au noyau un aspect clair. Le reste du corps cellulaire contient une petite quantité d' appareil de Golgi , un réticulum endoplasmique rugueux , des mitochondries et des polyribosomes . Les cellules, longues et fines, sont largement dispersées et la matrice extracellulaire adjacente est peuplée de quelques fibrilles réticulaires mais est dépourvue des autres types de fibrilles de collagène . Ces caractéristiques morphologiques distinctives des cellules souches mésenchymateuses peuvent être visualisées sans étiquette en utilisant l'imagerie des cellules vivantes.

Emplacement

Moelle

La moelle osseuse était la source d'origine des CSM et est toujours la plus fréquemment utilisée. Ces cellules souches de la moelle osseuse ne contribuent pas à la formation de cellules sanguines et n'expriment donc pas le marqueur de cellules souches hématopoïétiques CD34 . Elles sont parfois appelées cellules souches stromales de la moelle osseuse .

Cellules de cordon

Les CSM les plus jeunes et les plus primitives peuvent être obtenues à partir du tissu du cordon ombilical, à savoir la gelée de Wharton et le sang du cordon ombilical . Cependant, les CSM se trouvent à une concentration beaucoup plus élevée dans la gelée de Wharton par rapport au sang de cordon, qui est une riche source de cellules souches hématopoïétiques . Le cordon ombilical est disponible après une naissance. Il est normalement mis au rebut et ne présente aucun risque pour la collecte. Ces MSC peuvent s'avérer être une source utile de MSC pour des applications cliniques en raison de leurs propriétés primitives et de leur taux de croissance rapide.

et ceux-ci ont plusieurs avantages par rapport aux CSM dérivées de la moelle osseuse. Les MSC dérivées du tissu adipeux (AdMSC), en plus d'être plus faciles et plus sûres à isoler que les MSC dérivées de la moelle osseuse, peuvent être obtenues en plus grande quantité.

Cellules molaires

Le bourgeon dentaire en développement de la troisième molaire mandibulaire est une riche source de CSM. Bien qu'ils soient décrits comme multipotents, il est possible qu'ils soient pluripotents. Ils finissent par former l'émail, la dentine, les vaisseaux sanguins, la pulpe dentaire et les tissus nerveux. Ces cellules souches sont capables de se différencier en chondrocytes , cardiomyocytes , mélanocytes et cellules de type hépatocytes in vitro .

Liquide amniotique

Les cellules souches sont présentes dans le liquide amniotique . Jusqu'à 1 cellule sur 100 prélevées au cours de l' amniocentèse sont des cellules souches mésenchymateuses pluripotentes.

Fonction

Capacité de différenciation

Les CSM ont une grande capacité d'auto-renouvellement tout en conservant leur multipotence. Des travaux récents suggèrent que la -caténine, via la régulation de EZH2, est une molécule centrale dans le maintien de la « tige » des MSC. Le test standard pour confirmer la multipotence est la différenciation des cellules en ostéoblastes, adipocytes et chondrocytes ainsi qu'en myocytes.

On a vu que les MSC se différencient même en cellules ressemblant à des neurones, mais le doute subsiste quant à savoir si les neurones dérivés des MSC sont fonctionnels. Le degré auquel la culture se différenciera varie selon les individus et la manière dont la différenciation est induite, p. ex. chimique vs mécanique; et il n'est pas clair si cette variation est due à une quantité différente de "vraies" cellules progénitrices dans la culture ou à des capacités de différenciation variables des progéniteurs des individus. On sait que la capacité des cellules à proliférer et à se différencier diminue avec l'âge du donneur, ainsi que le temps de culture. De même, on ne sait pas si cela est dû à une diminution du nombre de MSC ou à une modification des MSC existants.

Effets immunomodulateurs

Les CSM ont un effet sur les cellules immunitaires innées et spécifiques. Les CSM produisent de nombreuses molécules immunomodulatrices, notamment la prostaglandine E2 (PGE2), l'oxyde nitrique , l' indoleamine 2,3-dioxygénase (IDO), l' interleukine 6 (IL-6) et d'autres marqueurs de surface tels que FasL , PD-L1 et PD-L2 .

Les CSM ont un effet sur les macrophages, les neutrophiles, les cellules NK, les mastocytes et les cellules dendritiques dans l'immunité innée. Les CSM sont capables de migrer vers le site de la lésion, où elles se polarisent à travers les macrophages PGE2 dans le phénotype M2 qui se caractérise par un effet anti-inflammatoire. De plus, la PGE2 inhibe la capacité des mastocytes à se dégranuler et à produire du TNF-α. La prolifération et l'activité cytotoxique des cellules NK sont inhibées par la PGE2 et l'IDO. Les MSC réduisent également l'expression des récepteurs des cellules NK - NKG2D, NKp44 et NKp30. Les CSM inhibent la poussée respiratoire et l'apoptose des neutrophiles par la production de cytokines IL-6 et IL-8. La différenciation et l'expression des marqueurs de la surface des cellules dendritiques sont inhibées par l'IL-6 et la PGE2 des CSM. Les effets immunosuppresseurs des MSC dépendent également de l'IL-10, mais il n'est pas certain qu'ils la produisent seule ou s'ils ne font que stimuler d'autres cellules pour la produire.

MSC exprime les molécules d'adhésion VCAM-1 et ICAM-1, qui permettent aux lymphocytes T d'adhérer à leur surface. Ensuite, les MSC peuvent les affecter par des molécules qui ont une demi-vie courte et leur effet se situe au voisinage immédiat de la cellule. Ceux-ci incluent l'oxyde nitrique, la PGE2, le HGF et l'activation du récepteur PD-1. Les CSM réduisent la prolifération des cellules T entre les phases du cycle cellulaire G0 et G1 et diminuent l'expression de l'IFNγ des cellules Th1 tout en augmentant l'expression de l'IL-4 des cellules Th2. Les CSM inhibent également la prolifération des lymphocytes B entre les phases du cycle cellulaire G0 et G1.

Propriétés antimicrobiennes

Les CSM produisent plusieurs peptides antimicrobiens (AMP) dont la cathélicidine LL-37 humaine , les β-défensines , la lipocaline 2 et l' hepcidine . Ces peptides, ainsi que l'enzyme indoleamine 2,3-dioxygénase (IDO), sont responsables de l'activité antibactérienne à large spectre des CSM.

Signification clinique

Aspect macroscopique typique d'une construction cartilagineuse tubulaire conçue à partir de cellules souches mésenchymateuses amniotiques

Les cellules souches mésenchymateuses peuvent être activées et mobilisées si besoin mais leur efficacité, dans le cas de la réparation musculaire par exemple, est actuellement assez faible. D'autres études sur les mécanismes d'action des MSC peuvent fournir des pistes pour augmenter leur capacité de réparation tissulaire.

Maladie auto-immune

Des études cliniques portant sur l'efficacité des cellules souches mésenchymateuses dans le traitement des maladies sont en cours de développement préliminaire, en particulier pour comprendre les maladies auto-immunes , la maladie du greffon contre l'hôte , la maladie de Crohn , la sclérose en plaques , le lupus érythémateux disséminé et la sclérose systémique . En 2014, aucune recherche clinique de haute qualité ne fournit de preuves d'efficacité, et de nombreuses incohérences et problèmes existent dans les méthodes de recherche.

Autres maladies

Bon nombre des premiers succès cliniques de la transplantation intraveineuse concernent des maladies systémiques telles que la maladie du greffon contre l'hôte et la septicémie . L'injection directe ou le placement de cellules dans un site nécessitant une réparation peut être la méthode de traitement préférée, car l'administration vasculaire souffre d'un " effet de premier passage pulmonaire " où les cellules injectées par voie intraveineuse sont séquestrées dans les poumons.

Détection

L'International Society for Cellular Therapy (ISCT) a proposé un ensemble de normes pour définir les CSM. Une cellule peut être classée comme MSC si elle présente des propriétés d'adhérence plastique dans des conditions de culture normales et a une morphologie de type fibroblaste. En fait, certains soutiennent que les CSM et les fibroblastes sont fonctionnellement identiques. De plus, les CSM peuvent subir une différenciation ostéogénique, adipogène et chondrogénique ex vivo . Les CSM cultivées expriment également sur leur surface CD73 , CD90 et CD105 , tout en manquant l'expression de CD11b , CD14 , CD19 , CD34 , CD45 , CD79a et HLA-DR marqueurs de surface.

Recherche

La majorité des techniques de culture modernes adoptent toujours une approche de fibroblastes formant une unité de formation de colonies (CFU-F), où des cellules mononucléées de moelle osseuse brute non purifiée ou de moelle osseuse purifiée au ficoll sont étalées directement dans des plaques ou des flacons de culture cellulaire . Les cellules souches mésenchymateuses, mais pas les globules rouges ou les progéniteurs hématopoïétiques, adhèrent au plastique de culture tissulaire dans les 24 à 48 heures. Cependant, au moins une publication a identifié une population de CSM non adhérentes qui ne sont pas obtenues par la technique de placage direct.

D'autres méthodes basées sur la cytométrie en flux permettent le tri des cellules de la moelle osseuse pour des marqueurs de surface spécifiques, tels que STRO-1 . Les cellules STRO-1+ sont généralement plus homogènes et ont des taux d'adhérence et de prolifération plus élevés, mais les différences exactes entre les cellules STRO-1+ et les MSC ne sont pas claires.

Des méthodes d'immunodéplétion utilisant des techniques telles que MACS ont également été utilisées dans la sélection négative de MSC.

La supplémentation du milieu basal avec du sérum bovin fœtal ou du lysat plaquettaire humain est courante dans la culture MSC. Avant l'utilisation de lysats plaquettaires pour la culture MSC, le processus d'inactivation des agents pathogènes est recommandé pour empêcher la transmission des agents pathogènes.

Une nouvelle recherche intitulée Transplantation of human ESC-derived mesenchymal stem cell spheroids améliore l'arthrose spontanée chez les macaques rhésus. Divers produits chimiques et méthodes, y compris l'irradiation laser de faible niveau, ont été utilisés pour augmenter la prolifération des cellules souches.

Histoire

En 1924, le morphologue d'origine russe Alexander A. Maximov ( russe : Александр Александрович Максимов ); ont utilisé des résultats histologiques approfondis pour identifier un type singulier de cellule précurseur dans le mésenchyme qui se développe en différents types de cellules sanguines.

Les scientifiques Ernest A. McCulloch et James E. Till ont révélé pour la première fois la nature clonale des cellules de la moelle dans les années 1960. Un essai ex vivo pour examiner le potentiel clonogénique des cellules de moelle multipotentes a été rapporté plus tard dans les années 1970 par Friedenstein et ses collègues. Dans ce système d'analyse, les cellules stromales ont été désignées sous le nom de fibroblastes formant unité formant colonie (UFC-f).

Les premiers essais cliniques de CSM ont été achevés en 1995 lorsqu'un groupe de 15 patients ont reçu une injection de CSM cultivées pour tester l'innocuité du traitement. Depuis, plus de 200 essais cliniques ont été lancés. Cependant, la plupart en sont encore au stade des tests de sécurité.

Des expérimentations ultérieures ont révélé la plasticité des cellules de la moelle et comment leur sort est déterminé par des signaux environnementaux. La culture des cellules stromales de la moelle en présence de stimuli ostéogéniques tels que l'acide ascorbique , le phosphate inorganique et la dexaméthasone pourrait favoriser leur différenciation en ostéoblastes . En revanche, l'ajout de facteur de croissance transformant bêta (TGF-b) pourrait induire des marqueurs chondrogéniques .

Controverses

Plus récemment, il y a eu un débat sur l'utilisation du terme « cellules souches mésenchymateuses » et sur ce qui constitue la signification la plus scientifiquement correcte de l'acronyme MSC. La plupart des préparations de cellules mésenchymateuses ou « MSC » ne contiennent qu'une fraction minoritaire de véritables cellules souches multipotentes, tandis que la plupart des cellules sont plutôt de nature stromale. L'un des pionniers dans le domaine des CSM, le Dr Arnold Caplan, a proposé de renommer les CSM pour signifier « cellules de signalisation médicinale ». Dans le domaine des cellules souches, MSC est maintenant le plus souvent appelé « cellules stromales/souches mésenchymateuses » en raison de la nature hétérogène des préparations cellulaires.

La commercialisation et l'injection de CSM et de cellules souches mésenchymateuses chez les patients par des cliniques à but lucratif qui manquent de données rigoureuses pour étayer ces utilisations cliniques suscitent également une inquiétude croissante.

Voir également

Les références

Lectures complémentaires

Liens externes