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Traiter la dystrophie musculaire avec des cellules souches
Les chercheurs du Centre médical du sud-ouest de l'Université du Texas (UT Southwestern) ont utilisé des cellules souches embryonnaires de souris pour développer des cellules musculaires. Ces mêmes cellules, injectées à des souris atteintes d'une forme légère de dystrophie musculaire, ont formé des fibres musculaires saines et fonctionnelles sur le site de la détérioration des tissus. Les scientifiques disent que la recherche, bien qu'encore à ses débuts, pourrait éventuellement conduire à une thérapie cellulaire pour les patients atteints de dystrophie musculaire et d'autres maladies musculaires. La recherche a récemment été publiée dans l'édition en ligne de Médecine naturelle .
Faire du muscle : Des cellules souches embryonnaires de souris ont été utilisées pour développer des fibres musculaires saines et fonctionnelles. L'image ci-dessus montre un mélange de cellules souches embryonnaires de souris (teintes en vert) et de dystrophine (teinte en rouge), une protéine essentielle au bon fonctionnement musculaire.
Selon le Association Dystrophie Musculaire , environ 250 000 personnes aux États-Unis souffrent d'une forme ou d'une autre de la maladie. La plus connue, la dystrophie musculaire de Duchenne, est causée par une mutation génétique qui perturbe la formation de la dystrophine, une protéine importante impliquée dans la formation des cellules musculaires. En l'absence de dystrophine, les muscles sont incapables de se régénérer, et ils s'affaiblissent progressivement et dépérissent. Finalement, la zone détériorée est envahie par la graisse et le tissu conjonctif.
Rita Perlingeiro , professeur adjoint de biologie du développement à l'UT Southwestern, affirme que les cellules souches embryonnaires peuvent être la clé pour inverser les effets débilitants de la dystrophie musculaire. L'avantage réside dans la pluripotence des cellules - la capacité de se transformer en n'importe quelle cellule mature, qu'il s'agisse d'os, de muscle ou de cartilage. Cependant, de nombreux chercheurs ont trouvé difficile de diriger chaque cellule souche d'une culture pour former un type de cellule spécifique. Dans les expériences de laboratoire, les scientifiques se retrouvent souvent avec un mélange de cellules qui, lorsqu'elles sont injectées dans un animal, forment de gros amas ressemblant à une tumeur.
Perlingeiro et son équipe se sont donc fixé deux objectifs principaux : trouver le bon ensemble d'indices pour convertir les cellules souches embryonnaires en cellules musculaires, et rechercher des moyens d'isoler les cellules musculaires du reste du milieu de culture, afin d'injecter une dose de cellules musculaires pures dans un modèle murin.
Dans le développement embryologique normal, les cellules souches se transforment en divers tissus et os, en fonction d'une combinaison de signaux moléculaires et génétiques. Dans le cas des cellules musculaires, des recherches antérieures ont montré que le gène Pax-3 est essentiel pour diriger les cellules souches vers la voie de la formation musculaire. Forts de cette connaissance, Perlingeiro et son équipe ont cultivé des cellules souches embryonnaires dérivées de souris dans une boîte de culture, puis ont manipulé génétiquement la solution pour surexprimer Pax-3. Ils ont découvert que, par rapport aux mélanges sans Pax-3, un nombre important de cellules souches exposées au gène activé formaient des cellules musculaires.
Cependant, toutes les cellules ne se sont pas transformées en muscle, et lorsque l'équipe a injecté la solution dans une souris atteinte d'une forme légère de dystrophie musculaire, le mélange a provoqué la formation de tumeurs. L'équipe s'est ensuite concentrée sur le développement d'un processus d'identification qui permettrait aux cellules musculaires de se démarquer du reste de la solution. Une fois de plus, Perlingeiro s'est tourné vers la recherche fondamentale sur le développement et a découvert que, lors de la formation musculaire normale dans l'embryon, les cellules souches qui deviennent des versions très précoces des cellules musculaires présentent certaines molécules de surface, ou marqueurs. L'équipe a répété la première phase de son expérience, en exposant des cellules souches embryonnaires à Pax-3, et a recherché les marqueurs révélateurs indiquant les cellules musculaires. Les chercheurs ont ensuite isolé ces cellules, créant une solution composée uniquement de cellules musculaires.
En vue de l'injection de la nouvelle solution dans un modèle de souris, l'équipe a d'abord injecté de la cardiotoxine dans la jambe de la souris. L'effet a inhibé la production de dystrophine, provoquant un affaiblissement du muscle, une condition ressemblant à la dystrophie musculaire. Perlingeiro et ses collègues ont ensuite injecté à la souris la solution de cellules musculaires. L'équipe a ensuite effectué des biopsies musculaires et, après immunocoloration, a constaté que, par rapport aux souris qui n'avaient pas reçu la solution, les souris traitées présentaient plus de dystrophine, indiquant une régénération musculaire saine.
Pour confirmer leurs résultats, les chercheurs ont fait courir les deux groupes de souris sur un tapis roulant ; ils ont constaté que les souris qui ont reçu la solution ont survécu au groupe qui ne l'a pas fait. Perlingeiro est allé plus loin : après avoir sacrifié les deux groupes d'animaux, elle et ses collègues ont extrait chaque muscle de la jambe, traité ou non. Ils ont ensuite placé chaque muscle dans un bain et testé sa force en l'exposant à une impulsion électrique. L'équipe a découvert que les contractions les plus fortes provenaient des muscles traités avec la solution dérivée de cellules souches.
Perlingeiro dit que les résultats de l'étude sont encourageants, car elle envisage de fournir un jour une thérapie à base de cellules souches aux personnes atteintes de dystrophie musculaire et d'autres maladies musculaires. Cependant, il devra y avoir plus d'études de suivi avant que la technique puisse être appliquée aux humains.
J'ai une longue liste de choses à faire, dit Perlingeiro. Nous aimerions utiliser la même technique sur des cellules souches embryonnaires humaines.
Récemment, des chercheurs ont réussi à transformer des cellules de la peau humaine en cellules souches embryonnaires, une technique qui contourne les problèmes épineux entourant actuellement l'utilisation des cellules souches embryonnaires. Perlingeiro dit que la combinaison de cette technique avec sa méthode de dérivation musculaire pourrait un jour permettre un traitement efficace et efficient de maladies telles que la dystrophie musculaire.
Si nous pouvions reprogrammer les cellules de la peau pour qu'elles deviennent pluripotentes et utiliser Pax-3 pour fabriquer du muscle, alors nous serions capables de fabriquer des cellules à partir du patient, et nous ne serions pas confrontés à des problèmes éthiques ou à des problèmes de rejet, explique Perlingeiro.
Paul Muhlrad, coordinateur du programme de recherche de la Muscular Dystrophy Association, déclare que les résultats de l'étude sont une étape prometteuse vers un traitement efficace des maladies musculaires. Ces chercheurs présentent une belle preuve de principe selon laquelle les cellules souches embryonnaires peuvent être transformées en cellules productrices de muscle en laboratoire et utilisées pour fournir des muscles sains aux personnes atteintes de dystrophie musculaire de Duchenne, explique Muhlrad. Bien sûr, ces expériences ont été faites avec des souris. Nous n'avons pas encore vu s'ils fonctionneront chez l'homme, mais cette étude nous offre beaucoup d'espoir.