Les cellules souches sont des cellules indifférenciées capables de s’autorenouveler et de se différencier en cellules spécialisées. Leur potentiel de différenciation dépend de leur capacité (cellules souches unipotentes, multipotentes ou pluripotentes) et de leur origine (cellules souches fœtales, embryonnaires ou adultes). Les cellules souches ont été décrites dans les années 1960 notamment par les chercheurs James Till et Ernest McCulloch. Leur utilisation en clinique dans le cadre de la greffe de moelle osseuse a débuté avant même leur identification formelle dès les années 1950[1].
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Les cellules souches possèdent un potentiel très prometteur pour de nombreuses autres applications cliniques. En particulier, les cellules souches pluripotentes pourraient être utilisées en thérapie cellulaire dans l'objectif de régénérer des tissus mais aussi en pharmacologie afin d'identifier de nouveaux médicaments. Elles font l'objet de recherches cliniques et fondamentales très actives.
Cependant, l'utilisation des cellules souches soulève divers problèmes éthiques. Par exemple, l’origine des cellules souches embryonnaires humaines suscite de vifs débats sur leur recueil qui nécessite la destruction d’embryons humains. Pour répondre à cette critique, la loi française ne permet de réaliser une recherche que sur des embryons obtenus dans le cadre d’une aide médicale à la procréation et qui ne font plus l’objet d’un projet parental. D'autre part, l'essor de leur utilisation et de leur potentiel mis en avant ces dernières années peut donner lieu à des pratiques tel que le "tourisme de cellules souches".
A) Cellules souches humaines indifférenciées en culture. B) Cellules différenciées en neurones.
Phase de colonie de cellules souches embryonnaires humaines
On distingue plusieurs types de cellules souches selon leurs capacités de différenciation[2]:
les cellules souches totipotentes; ovule fécondé ou cellules issues des premières divisions de cet œuf jusqu'au quatrième jour (morula). Ces cellules sont les seules à permettre le développement d'un individu complet à condition d'être placé in-vivo pour permettre une orientation de l'embryon impossible in-vitro. C’est seulement à ce stade que peut s'opérer un clonage reproductif (vrais jumeaux) par scission embryonnaire. Étymologiquement totipotence signifie «tout pouvoir» indiquant que théoriquement ces cellules peuvent être différenciées en tout type cellulaire de l'organisme qu'elles devaient conduire à former: cellules épithéliales, neuronales, hépatiques…
Cellules souches mésenchymateuses humainesles cellules souches pluripotentes, dont font partie les cellules ES (embryonnaires souches): les cellules ES ne peuvent pas produire un organisme entier, mais peuvent se différencier en cellules issues de n'importe lequel des trois feuillets embryonnaires, y compris les cellules germinales. Elles ne peuvent à elles seules aboutir à la création d’un individu complet. Elles proviennent en effet de la masse cellulaire interne du blastocyste (au stade de 64 cellules) alors que le placenta qui nourrit l’embryon et le protège de tout rejet par le système immunitaire est produit par la couche cellulaire externe (ou trophectoderme). Elles ont vocation à former tous les tissus de l'organisme. Des cellules pluripotentes peuvent être artificiellement créées à partir de cellules différenciées grâce à l'ajout de quatre facteurs de transcription, on parle de cellules souche pluripotentes induites;
les cellules souches multipotentes; présentes dans l'embryon ou dans l’organisme adulte, elles sont à l’origine de plusieurs types de cellules différenciées mais conservent leur capacité à s'autorenouveler. Les cellules souches multipotentes peuvent donner naissance à plusieurs types de cellules, mais elles sont déjà engagées dans une certaine direction. On dit que ce sont des cellules déterminées. Leurs potentialités sont donc plus restreintes que celles des cellules ES. Les cellules hématopoïétiques des mammifères, par exemple, donnent des globules rouges, des plaquettes, des lymphocytes T ou B, des macrophages, mais elles ne peuvent pas donner des cellules musculaires. Un autre exemple de cellules souches multipotentes est apporté par les cellules de la crête neurale qui émigrent du tube neural au cours de l'embryogénèse et qui donnent notamment naissance aux mélanocytes, aux neurones et aux cellules gliales du système nerveux périphérique;
les cellules souches unipotentes ne peuvent produire qu'un seul type cellulaire (tout en s'autorenouvelant) comme la peau, foie, muqueuse intestinale, testicule. Certains organes, tels que le cœur et le pancréas, ne renferment pas de cellules souches et n’ont donc aucune possibilité de régénération en cas de lésion.
Pour illustrer leur importance, on estime qu’un corps humain normal élimine et remplace 100 milliards de globules rouges et cellules intestinales chaque jour, ou encore que 1,5g de cellules épidermiques est remplacé quotidiennement.