Les principaux acteurs de la recherche sur les cellules souches adultes humaines sont l'IMP, la firme Ars Arthro, l'entreprise Innovacell et l'Université d'Innsbruck.
Les chercheurs de l'IMP travaillent à comprendre le phénomène de différenciation cellulaire, par leurs études consacrées à la différenciation asymétrique et à la vie de la cellule. Ces études relèvent de la recherche fondamentale et non de l'expérimentation tous azimuts visant à produire clones et lignées de cellules souches.
À l'IMP, le groupe de Thomas Jenuwein [10] a découvert que les protéines HP1, accrochées aux hitones par des méthyltransférases, fusionnent comme les maillons d'une chaîne de sorte que de nombreux segments du génome ne peuvent être lus. L'année précédente, le même groupe avait identifié le troisième composant du code des histones, l'enzyme méthyl-transférase. La méthyl-transférase, en méthylant les histones, compacte l'ADN en hétérochromatine, ce qui rend plus difficile l'accès et la lecture de l'information génétique, mais stabilise et protége cette information, autrement modifiée comme lors de l'apparition de cancers.
Il convient maintenant de déterminer s'il est possible d'inhiber la désactivation de portions de l'information génétique sur des cellules différenciées, pour recréer des cellules totipotentes. Un obstacle non négligeable : le redéploiement et la réactivation des portions de chromosomes inactivées les fragilisent ; les mutations génétiques y sont plus fréquentes, le patrimoine génétique n'étant plus protégé. Ainsi, des souris débarrassées des chaînes protéiques HP1 souffrent plus souvent de tumeurs.
En agissant sur le facteur de transcription Pax5, Meinrad Busslinger [11], professeur à l'Institut de pathologie moléculaire, est parvenu à stopper la différenciation d'une cellule sanguine et à lui faire retrouver un état antérieur. Le gène Pax5 agit sur la différenciation cellulaire, en laissant certains gènes actifs et en désactivant les gènes qui conduisent à un autre type de différenciation. Les chercheurs autrichiens sont parvenus à désactiver ce gène chez des lymphocytes pro-B qui peuvent, par la suite, être une nouvelle fois différenciés. En effet, ces lymphocytes se différencient sous l'influence de messagers corporels tels que les cytokines, les interleukines ou les facteurs de croissance. Ils ont alors la possibilité de se différencier en un autre type de lymphocyte : macrophage ou lymphocyte T, par exemple. Désactiver le gène Pax 5 favoriserait la production de lymphocytes T ou de macrophages et renforcerait le système immunitaire. Or les patients atteints du sida ont un déficit en lymphocytes T auxiliaires qui pourrait être partiellement couvert par la transdifférenciation contrôlée de lymphocytes pro-B.
L'Institut de biotechnologie moléculaire et l'IMP viennent de se lancer dans l'étude de la division cellulaire des cellules souches tumorales. Le projet, géré par Jürgen Knoblich [13], financé à hauteur de 655 600€ sur trois ans par le Fonds viennois pour la science, la recherche et la technologie26, fournira des résultats transposables aux cellules souches adultes non cancéreuses, même si son but premier est de contrôler la mitose des cellules souches tumorales. Il s'inspirera des travaux sur à la différenciation cellulaire asymétrique des neuroblastes, précurseurs du système nerveux central de la drosophile, que mène le groupe de recherche de Jürgen Knoblich.
L'équipe de Jürgen Knoblich a justement montré que les cellules se trompent elles-mêmes afin d'effectuer une division cellulaire asymétrique, forme de mitose par laquelle une cellule souche donne naissance à une autre cellule souche et à une cellule qui se différenciera.
Avant de se diviser, les cellules souches nerveuses de la drosophile activent un interrupteur cellulaire d'un côté de la cellule, de telle sorte que la moitié activée donnera une autre cellule souche, tandis que l'autre moitié se transformera en une cellule nerveuse spécialisée. Or, pour ce faire, la cellule se leurre : la protéine G, qui transfère au noyau les messages cellulaires ayant traversé la membrane via des récepteurs de surface, ne réagit normalement qu'à des signaux extérieurs, mais il est apparu avec ces travaux que la cellule est capable de simuler de l'intérieur un message extérieur.
Jürgen Knoblich et ses collaborateurs se sont également intéressés à la synchronisation des différents mécanismes de la division asymétrique des neuroblastes. En effet, pendant l'interphase de la mitose, un axe de polarité s'établit dans la cellule. Cet axe donne une information d'orientation aux protéines asymétriques et au fuseau mitotique, la structure qui assure la séparation des brins dupliqués de chaque chromosome. Or ces deux processus que sont la séparation chromosomique et la migration des protéines doivent être synchronisés. Pour cela, chez les neuroblastes de la drosophile, la protéine de signalisation Numb se répartit de manière inégale pour se concentrer d'un côté de la cellule souche. Un complexe protéique semble être responsable de ce phénomène. Ce complexe se fixe sur les protéines LGL, composant de base du cytoplasme cellulaire, et les inactivent, d'un côté seulement. Les protéines Numb, qui se déplaçent à l'intérieur de petites vésicules, ne peuvent alors se diriger que d'un seul côté de la cellule, leur déplacement dépendant des protéines LGL.
La Division de chirurgie cardiaque de la Clinique universitaire de chirurgie d'Innsbruck [14] a montré que, chez le rat, après un infarctus du myocarde, la transplantation combinée de cellules contractiles musculaires (ou myoblastes squelettiques) et de cellules souches de la moelle osseuse autologues est plus efficace que la seule transplantation de cellules de la moelle.
À l'Hôpital général de Vienne, la victime d'un infarctus sévère s'est vue injecter par cathéter tridimensionnel des cellules souches issues de sa propre moelle épinière, et ce au plus près de la zone cardiaque endommagée. Une intervention similaire avait déjà eu lieu en octobre 2001 (Alfred Kocher [15], Margit Vögele-Kadletz et Ernst Wolner), mais l'opération de janvier 2002 (Dietmar Glogar, Markus Dettke et Alfred Kocher) a eu lieu sans grande incision et sans anesthésie générale, à l'aide d'un simple cathéter cardiaque manœuvré avec précision grâce au procédé NOGA-Mapping, procédé de cartographie magnétique tridimensionnelle développé par Johnson & Johnson. Le ventricule gauche a été reconstruit informatiquement à partir des 200 points de mesure obtenus par une sonde introduite dans le système vasculaire. Les cellules souches ont ainsi pu être injectées à la limite de la zone endommagée par l'infarctus, grâce à une aiguille spéciale. Elles avaient préalablement été identifiées grâce à leurs composants de surface CD34 et CD117 bright. Ainsi, les cellules injectées après triage étaient à 95% des angioblastes, cellules réparatrices des vaisseaux.
Auparavant, Alfred Kocher avait réalisé une première mondiale lors d'un séjour aux États-Unis : l'amélioration de la performance du muscle cardiaque de rats après un infarctus. Le moyen utilisé était l'injection systémique, dans le sang, de cellules souches humaines, en l'ocurrence des angioblastes. Ces cellules souches étaient parvenues au cœur et y avaient participé à la formation de vaisseaux sanguins dans la région infarctée. L'efficacité de pompage du muscle cardiaque avait alors cru de 35%, pour plusieurs mois.
Eberhard Gunsilius [16], praticien de la Clinique universitaire de médecine interne d'Innsbruck, a également employé des cellules souches provenant de la moelle osseuse pour revasculariser le myocarde de patients. Son équipe a par ailleurs démontré que les cellules endothéliales et les cellules sanguines dérivent de même progéniteurs de la moelle osseuse, les hémoangioblastes. En effet, les cellules endothéliales des patients atteints de leucémie myéloïde chronique présentent la même mutation que leurs globules blancs, cette mutation dite du chromosome Philadelphie (ou du gène de fusion ACR/ABL), considérée comme caractéristique de la leucémie myéloïde chronique27. Par ailleurs, certaines cellules endothéliales de patients ayant subi une greffe de moelle présentent les molécules de surface des cellules du donneur, ce qui démontre que les cellules de la moelle osseuse participent au maintien et à la égénération de l'endothélium des vaisseaux sanguins28.
Le sang du cordon ombilical contient des cellules sanguines différenciées mais aussi des cellules souches, clé du renouvellement du sang, que l'on trouve ensuite chez les enfants et adultes dans la moelle osseuse. Les isoler et les transférer au patient, en cas de besoin, lui éviterait d'avoir à subir une transplantation de moelle osseuse. Préserver ces cellules serait particulièrement intéressant pour les patients développant plus tard des cancers. En effet, dans les chimiothérapies à haute dose, qui détruisent la moelle osseuse, on prélève des cellules souches de la moelle des patients cancéreux pour leur réimplanter après le traitement. Toutefois, ce prélèvement doit être fait avec grand soin car la tumeur est déjà déclarée : certaines des cellules prélevées peuvent être cancéreuses.
En conséquence, une banque autrichienne de sang de cordon ombilical de nouveaux-nés s'est ouverte à Graz. Les parents peuvent y faire entreposer les cellules souches de leur enfant à -~196oC et les récupérer en cas de complication médicale. Il s'agit d'une banque privée, géré par l'entreprise Lifecord [17] moyennant paiement.
Dans le même esprit, une femme de 33 ans atteinte de leucémie myéloïde aiguë a été traitée à l'Université de médecine de Graz par transplantation de cellules souches issues du sang ombilical de nouveaux-nés : 60 jours après la transplantation, sa leucémie avait disparu.
Plus généralement, les chercheurs de Lifecord souhaitent mettre à contribution les cellules souches du sang de cordon dans le cadre de traitements anti-cancéreux ou pour soigner les maladies métaboliques, les déficiences cardiaques ou immunitaires, les troubles de la circulation et les défaut des os et des articulations.
Christian Kähler [18], chercheur à la Clinique universitaire de médecine interne d'Innsbruck, étudie la transformation des progéniteurs endothéliaux EPC29 en vaisseaux, pour réparer des poumons endommagés. En effet, des études sur l'animal ont montré que les cellules progénitrices endothéliales circulantes sont impliquées dans le développement des tumeurs et dans la néovascularisation des tissus ischémiques, suite à des ischémies périphériques ou myocardiaques. L'injection ou la transplantation de telles cellules améliore l'irrigation des tissus visés en stimulant la croissance capillaire. Or les poumons sont les organes les plus fortement vascularisés. Ainsi, contrôler l'angiogénèse permettrait de traiter différentes maladies pulmonaires, tels que les cancers du poumon, le syndrome de déficience respiratoire de l'adulte30, l'asthme ou la maladie pulmonaire obstructive chronique31. Pour ce faire, deux voies sont à l'étude : l'injection de progéniteurs, éventuellement génétiquement modifiés pour servir de chevaux de troie, et la modulation pharmacologique de l'activité des progéniteurs existants par le biais de cytokines ou de statines.
Innovacell Biotechnologie GmbH [19] met au point des thérapies cellulaires régénérant les muscles et les tissus. Des applications à la cardiologie, à la chirurgie plastique et au traitement de l'incontinence sont envisagées. Innovacell a ainsi soigné plus d'une centaine de patients atteints d'incontinence par injection de myoblastes et de fibroblastes autologues au niveau du muscle constricteur de l'urètre.
Cette spin-off de l'université d'Innsbruck s'est appuyé sur les travaux de Hannes Strasser [20], chercheur à la Clinique universitaire d'urologie d'Innsbruck. Ce dernier menait des essais cliniques sur l'homme depuis 2002, en réinjectant des cellules souches dans le système urinaire de patients atteints d'incontinence. Une première étude menée entre septembre 2002 et septembre 2003 avait porté sur 10 patients âgés de 36 à 78 ans, pour certains opérés de la prostate. Parmi ces 10 patients, 8 avaient été guéris de leur incontinence.
Des chercheurs de l'Institut Ludwig Boltzmann de traumatologie à Vienne sont quant à eux parvenus à reconstituer une paroi de vessie à l'aide de fibres de collagènes, de fibrine et de facteurs de croissance.
Le laboratoire Christian Doppler implanté au sein de l'Institut d'électronique biomédicale de l'Université technique de Graz, s'intéresse à la multiplication et à la différenciation des cellules souches de la moelle osseuse. Son but ? Développer des méthodes de diagnostic et de thérapie des maladies chroniques du foie.
Les cellules souches et les facteurs de croissance des os qu'elles produisent profiteraient à la pose d'implants dentaires et au traitement de l'ostéoporose. Il est en effet nécessaire que les implants soient fixés sur une base solide, ce qui n'est parfois possible qu'en faisant repousser l'os de la machoire.
Par ailleurs, Erwin Wagner [21], chercheur à l'IMP, a identifié un gène, Fra-1, qui active les ostéoblastes, cellules constructrices de la charpente osseuse. Contrairement au gène c-Fos, connu pour avoir la même action, Fra-1 ne favorise pas le développement de cancers osseux. Cependant, ce gène provoque une ostéosclérose et le nouveau matériau osseux n'a ni la structure ni l'élasticité des os normaux. De plus, pour traiter l'ostéoporose à grande échelle, il restera à trouver suffisamment de cellules souches pouvant devenir des ostéoblastes, sachant que le nombre de ces cellules décroît rapidement avec l'âge (1/10 000 chez un nourrisson contre 1/400 000 chez une personne âgée de 50 ans).
Les autres travaux d'Erwin Wagner ont trait aux rôles des protéines AP1 (dont Fos et Jun) dans la prolifération, la différenciation et la mort cellulaires. Le développement neuronal, hématopoïétique, des os, du foie, du cœur et de la peau est plus spécifiquement étudié.
Ars Arthro Biotechnologie GmbH [23], filiale autrichienne de la société allemande Ars Arthro AG, produit des cartilages, des os et des ménisques artificiels en cultivant des cellules du patient sur des matrices tridimensionnelles. La technologie exploitée, dénommée CaReS32 et développée par l'institut allemand IGB33, consiste à faire croître des cellules cartilagineuses du patient sur une matrice de collagène jusqu'à former un cartilage artificiel. Ce cartilage, éventuellement retaillé et adapté aux articulations du patient, est implanté chirurgicalement, 10 à 14 jours après la mise en culture des chondrocytes. Par conséquent, la technologie CaReS permet de soigner des usures et ruptures étendues des cartilages des genoux, du pied et des chevilles, par autogreffe de cartilages reconstitués.
De même, la Clinique orthopédique de l'université de Vienne réalise des poses d'implants cartilagineux provenant d'une culture de matériel biologique issu du corps du patient.
Les cellules souches ne servent pas qu'à reconstituer et à réparer. Elles peuvent également constituer un traitement anti-rejet efficace, dans le cadre du chimérisme mixte.
Peter Blaha et Thomas Wekerle [22], du Département de chirurgie des transplantations de l'Université clinique de chirurgie, à l'AKH de Vienne, ont pu établir avec leur équipe un chimérisme mixte chez des souris. Le chimérisme mixte est la cohabitation des cellules hématopoïétiques d'un hôte et d'un donneur. Pour y parvenir, les chercheurs ont prélevé des cellules souches de la moelle sur des souris pour les transplanter chez d'autres. Les souris qui ont reçu la transplantation ont immédiatement subi un traitement immunosuppresseur par anticorps monoclonal anti-CD 154. Par la suite, les souris ont été traitées plusieurs semaines durant à la rapamycine, à la cortisone et au mofétile mycophénolate. Grâce à ce traitement immunosuppresseur temporaire, la plupart des souris ont intégré les cellules souches hématopoïétiques transplantées et celles-ci ont donné naissance à une famille de globules rouges, de lymphocytes et de leucocytes possédant le patrimoine génétique du donneur. Dès lors, les organismes des souris transplantées ont parfaitement toléré des greffons de peau de leurs donneurs étrangers, ces greffons étant reconnus comme faisant partie du soi par le système immunitaire dérivé des cellules hématopoïétiques implantées.