Les principaux acteurs de la recherche sur les cellules souches embryonnaires sont les laboratoires Max Perutz, l'Institut de pathologie moléculaire, la Clinique universitaire gynécologique de Vienne et l'entreprise de recherche et de stockage de sang de cordon Lifecord. Aucun ne travaille sur des cellules souches embryonnaires humaines, mais certains y songent, en travaillant sur des modèles animaux, en étudiant les mécanismes de la différenciation cellulaire ou en travaillant sur les cellules souches amniotiques ou ombilicales.
Un laboratoire autrichien au moins est associé à des recherches sur les cellules souches humaines, par le biais du projet européen 'Lymphoangiogenomics and Angiogenomics'4. Dontscho Kerjaschki [1], directeur de l'Institut clinique de pathologie de l'Université de médecine de Vienne prend part à ce projet du 6e PCRD, dans le cadre duquel un groupe suédois cherche à contrôler la transformation de cellules souches embryonnaires en cellules endothéliales lymphatiques. L'Institut clinique de pathologie ne travaille pour sa part que sur des cellules souches adultes, en l'occurence des cellules endothéliales lympathiques, à l'origine des vaisseaux lymphatiques. Un groupe de recherche y avait appris à les repérer et à les isoler, à l'aide d'un marqueur de surface identifié pour l'occasion.
Les cellules souches, embryonnaires ou adultes, peuvent régénérer le cœur infarcté, endommagé par l'infarctus du myocarde et par les lésions de reperfusion en découlant. Injectées dans le sang ou au niveau du cœur, ces cellules souches ou les cardiomyocytes déjà différenciés remplacent les cellules détruites lors de l'infarctus ou -du moins- aident à la régénération des tissus en mobilisant d'autres cellules.
Mais il est difficile de cultiver des cellules du muscle cardiaque, car les mécanismes moléculaires sous-jacents ne sont pas tous identifiés. Ici, la protéine SPARC a été identifiée comme cruciale : des chercheurs des laboratoires Max Perutz, issus du Département de biochimie médicale de l'Université médicale de Vienne [2], ont montré qu'elle est nécessaire à la transformation de cellules souches embryonnaires en cellules du muscle cardiaque5 novembre 2005 ; 310(2):331-43}.
La protéine SPARC, principalement produite par des tissus extra-embryonnaires, constitue un facteur-clé du développement des cellules du cœur à partir des cellules précurseurs mésodermales. En son absence, le facteur de croissance Bmp2 de la famille des facteurs TGFs6, n'enclenche pas la production du facteur de transcription Nkx2.5. La transformation des cellules précurseurs est alors bloquée. Inversement, l'ajout bien minuté et ciblé de protéines SPARC à un embryoïde dérivé de cellules souches embryonnaires permet d'obtenir de grandes quantités de cellules du cœur. Il est toutefois à noter que la protéine SPARC n'est indispensable qu'in vitro, pour les cultures cellulaires, comme si, in vivo, d'autres protéines remplissaient son rôle.
Quatre ans plus tôt, l'équipe de Georg Weitzer, en collaboration avec l'université de Houston, avait déjà montré que le développement du cœur des mammifères est influencé par des facteurs externes. L'endoderme pariétal, extra-embryonnaire, produit des facteurs nécessaires au développement cardiaque. Le facteur inhibiteur de la leucémie LIF7 contrôle l'apparition de l'endoderme pariétal, indispensable à la nidation de l'embryon, mais, en retour, l'endoderme pariétal active le développement des cellules cardiaques indépendamment des récepteurs LIFR.
Notons que tous les travaux sont effectués sur des embryoïdes animaux : Georg Weitzer a reçu le Prix d'état de la république autrichienne pour les méthodes alternatives aux essais animaux, pour avoir développé un modèle permettant d'étudier expérimentalement la gastrulation8 des embryons de mammifères sans essais sur l'animal.
Bert Hobmayer [3], chercheur à l'Institut de zoologie l'Université d'Innsbruck, a étudié les cellules souches de l'anénome et leurs gènes Wnt. Ces gènes du développement, qualifiés de gènes tumoraux lors de leur découverte, parce qu'on les soupçonnaient d'être responsables du développement de tumeurs chez les vertébrés, contribuent à l'embryogenèse, à l'organogénèse et au développement de tumeurs. Les gènes Wnt codent pour des molécules de signalisation qui contrôlent le développement des cellules souches, en ordonnant à chaque cellule souche soit de continuer à proliférer, soit de se différencier en une cellule spécifique.
Ses résultats ont été d'autant plus remarqués qu'ils remettent en cause une loi de l'évolution, stipulant que les organismes évolués sont beaucoup plus complexes sur le plan génétique que les organismes simples. Or l'anémone Nermatostella vectensis possède une douzaine de sous-familles de gènes Wnt, contre 19 pour l'homme, 12 pour les animaux vertébrés et 7 pour les insectes, alors que l'anémone passe pour un animal primitif, fossile vivant faisant partie des premiers êtres vivants pluricellulaires et ayant très peu évolué en six cent millions d'années d'existence9. Mieux, certains de ses gènes Wnt avaient disparu chez des organismes plus développés et dérivés de l'anémone, tandis que la plupart des gènes de l'anémone sont présents chez l'Homme, comme si ce mécanisme de communication cellulaire était très ancien. La conclusion : la diversité génétique d'organismes dit primitifs peut être nettement plus importante que celle d'organismes évolués.
Les collègues de Bert Hobmayer, du groupe 'Étude de l'ultrastructure et biologie du développement', s'intéressent à la biologie de l'évolution moléculaire (et en particulier à l'embryogenèse des métazoaires et des premiers organismes multicellulaires, dont les polypes et les anémones), aux mécanismes de développement du ver Macrostomum et à la différenciation des cellules souches de type néoblastes, chez les vers plats (ou platyhelminthes).
Les cellules souches embryonnaires ne sont pas forcément la panacée, notamment parce qu'elles n'ont pas toutes le même potentiel thérapeutique. En effet, du fait de l'inhomogénéité épigénétique de l'embryon, même précoce, les cellules souches qui en sont tirées ne disposent pas toutes du même potentiel de développement. Une étude104 , 17 juin 2005, pages 1577-1586} menée aux laboratoires Max Perutz a démontré que les boutons embryonnaires des blastocystes à 32 cellules sont déjà inhomogènes. Les cellules souches extraites de ces amas cellulaires, bien que génétiquement identiques, présentent des caractéristiques distinctes ; elles expriment différemment la protéine LIFR11, une cytokine appartenant au groupe des interleukines IL6. Or le niveau d'expression de LIFR détermine la capacité des cellules souches embryonnaires à se transformer ultérieurement en cellules du muscle cardiaque.
Cette mise en évidence d'une relation entre les mécanismes de transmission de signaux induits par LIFR et le développement des cellules du cœur (cardiomyogénèse) constitue d'ailleurs un premier résultat intéressant de cette étude, là encore menée par l'équipe de Georg Weitzer [2], au sein du Département de biochimie médicale de l'Université de médecine de Vienne. Mais cette étude démontre surtout que le potentiel de développement des cellules souches est imprévisible : certaines lignées cellulaires généreront les cellules voulues, ici des cellules du muscle cardiaque, d'autres non. Par conséquent, seules certaines de ces lignées pourront être utilisées dans les thérapies cellulaires envisagées, pour le traitement de l'infarctus du myocarde par injection de cellules capables de régénérer le cœur.
Ni adultes, ni embryonnaires, les cellules souches issues du liquide amniotique auraient des capacités de différenciation comparables à celles des cellules souches embryonnaires mais leur obtention soulèverait moins de problèmes éthiques. En effet, ces cellules sont extraites de la fraction de liquide amniotique obtenu par amniocentèse.
Concrètement, Markus Hengstschläger [4] et son équipe du Département de diagnostic et de thérapie prénatale de la clinique universitaire gynécologique de Vienne ont découvert dans le liquide amniotique des femmes enceintes des cellules quasi totipotentes, présentes à raison de une pour 150012. Elles expriment la protéine Oct-4, considérée comme caractéristique des cellules souches pluripotentes. Mieux, elles peuvent ainsi être isolées. Pour ce faire, le chercheur a développé une méthode particulièrement intéressante : les cellules prélevées sont exposées à des marqueurs fluorescents, tirés de poissons bioluminescents. Ces marqueurs s'associent au facteur de transcription Oct-4, exprimé dans les seules cellules souches. Les cellules marquées peuvent alors être séparées de celles qui ne sont pas fluorescentes, par cytométrie en flux.
C'est la première fois que des chercheurs découvraient la protéine Oct-4 en dehors d'embryons, mais cela ne prouve pas entièrement la pluripotence de ces cellules. Pour cela, il faut les cultiver et en tirer les quelques 200 types de cellules existantes. Jusqu'à présent, les chercheurs ont réussi à obtenir des cellules de la peau et des cellules nerveuses13, mais n'ont pas réussi à obtenir de cellules musculaires.
Rappelons également que Markus Hengstschläger a mis au point une méthode de diagnostic préimplantatoire non invasive. La procédure, élaborée en liaison avec le pionnier autrichien de la fécondation in vitro, Wilfried Feichtinger, permet de repérer les embryons non viables par analyse des globules polaires issus de l'ovocyte puis de l'ovule fécondé.