Promesses et pièges de la thérapie neurale

François FERON, responsable de l’équipe Neurogenèse et réparation du système nerveux,
Laboratoire du CNRS de neurobiologie des interactions cellulaires et neurophysiopathologie, Marseille

L’aventure de la thérapie cellulaire a commencé en neurologie, il y a un peu moins de 20 ans, par la transplantation de neuroblastes foetaux dans le striatum de patients atteints de la maladie de Parkinson. Depuis, de nombreux autres types de cellules ont été utilisés dans des indications diverses dans l’espoir de remplacer, de réparer ou encore de protéger les cellules des tissus neuraux endommagés. Une quête passionnante dont François Feron nous livre ici les principales étapes.

 

La thérapie cellulaire – que l’on peut définir comme la transplantation de cellules animales ou humaines pour protéger, remplacer ou réparer des cellules et des tissus endommagés – est une pratique moderne. Le premier à utiliser cette technique fut Paul Niehans, médecin suisse spécialiste des transplantations glandulaires. En avril 1931, appelé au chevet d’une patiente, dont les glandes parathyroïdes avaient été sévèrement endommagées lors d’une opération réalisée précédemment par un collègue, Paul Niehans s’apprêtait à greffer une glande de chevreuil. Toutefois, il réalisa très vite que la patiente était dans un état désespéré et ne pourrait supporter un nouveau choc opératoire. Il prit alors la décision d’émincer la glande et d'injecter extemporanément une préparation de cellules parathyroïdes. Grâce à cette intervention de dernière minute, la patiente échappa à la mort et put même jouir de 30 années de vie supplémentaires.
La thérapie neurale, autrement dit la thérapie cellulaire visant à réparer le système nerveux, est encore plus récente. Elle a moins de 20 ans d’âge.
Elle fut utilisée pour la première fois, à la fin des années 1980, chez des patients souffrant de la maladie de Parkinson. Actuellement, deux grandes stratégies thérapeutiques sont poursuivies : la stratégie « substitutive », basée sur la greffe de cellules capables de remplacer les cellules neurales défaillantes, et la stratégie « neuroprotectrice » qui s’attache à renforcer les défenses naturelles et à permettre aux cellules menacées de survivre.
Historiquement, les neuroblastes foetaux ont été les premières cellules médicaments utilisées pour tenter de réparer le cerveau endommagé.
Toutefois, ces cellules soulèvent de nombreux problèmes éthiques et techniques et, depuis une demi-décennie, neurologues, neurochirurgiens et neurobiologistes se tournent vers d’autres types cellulaires : cellules souches (embryonnaires ou adultes), cellules du système immunitaire, cellules différenciées… Nous nous proposons ici de faire le point sur les différents types cellulaires qui ont fait ou devraient faire prochainement l’objet d’essais cliniques dans des maladies neurodégénératives (chorée de Huntington, maladie de Parkinson, sclérose en plaques, etc.) ou après une lésion de la moelle épinière.

Les neuroblastes foetaux

La première maladie ciblée par les adeptes de la thérapie neurale fut la maladie de Parkinson. Cette pathologie a en effet pour avantage de résulter d’une perte sélective et focalisée de neurones dopaminergiques. Les deux équipes américaines, qui mirent en oeuvre les premiers essais cliniques, choisirent de transplanter des neuroblastes prélevés dans l’éminence ganglionnaire chez des foetus de 8 à 10 semaines. Elles suivirent en cela le concept de thérapie cellulaire – « le coeur guérit le coeur, le poumon guérit le poumon, la rate guérit la rate ; le semblable soigne le semblable » – tel qu’il avait été défini, en 1536, par un autre médecin suisse célèbre, Philippus Aureolus Paracelsus. Chez presque tous les patients, une partie des cellules foetales transplantées dans le striatum se sont différenciées en neu -  ronesdopaminergiques et, chez 15 % des personnes greffées, elles ont permis de reproduire les effets de la L-Dopa. Toutefois, la greffe s’est avérée inefficace chez les patients de plus de 60 ans. Par ailleurs, le bénéfice thérapeutique s’est estompé au fil du temps et, un an après l’implantation, une fraction des individus greffés (15 % dans le premier essai, 65 % dans le second) présentaient des symptômes de dystonie et de dyskinésie, probablement dus à un excès de dopamine produite par les cellules dopaminergiques des greffons.

Chez presque tous les patients, une partie des cellules foetales transplantées dans le striatum se sont différenciées en neuronesdopaminergiques.

La modestie des résultats obtenus et l’émergence d’une thérapie efficace – la stimu lation profonde du cortex moteur ont conduit les spécialistes de la maladie de Parkinson à se détourner au moins momentanément de la thérapie neurale. En revanche, d’autres équipes spécialisées dans la thérapie cellulaire se sont tournées vers une autre maladie affectant les noyaux de la base – la chorée de Huntington – pour laquelle aucun traitement n’est disponible. Deux essais cliniques de phase I, basés sur l’implantation hétérologue de neuroblastes foetaux de l’éminence ganglionnaire dans le striatum de patients (7 et 5 individus, respectivement), ont été menés en parallèle à Tampa (Floride) et à Créteil (France). Les deux équipes ont utilisé des protocoles relativement similaires. Cependant, les résultats obtenus se sont révélés divergents. L’amélioration des symptômes observée chez trois des 5 patients greffés par l’équipe de Créteil a été parfois si spectaculaire1 qu’il a été décidé de procéder à un essai clinique de phase II, incluant 60 patients répartis dans six centres.
À l’inverse, l’absence avérée de bénéfice clinique et, pire, l’apparition d’hémorragies sous-durales chez trois patients ont conduit l’équipe américaine à douter de l’efficacité d’une thérapie cellulaire basée sur des neuroblastes foetaux, et même à recommander l’abandon de son usage (6). Selon toute vraisemblance, des différences importantes dans la nature et la durée d’administration des immunosuppresseurs sont à l’origine de ce désaccord transatlantique. Et, avant de porter un jugement définitif sur cette stratégie neuroréparatrice, il faut attendre les résultats de l’étude multicentrique menée actuellement par l’équipe de Créteil. On peut toutefois s’interroger sur le devenir d’une intervention clinique qui, outre les objections éthiques qu’elle génère, pose de nombreux problèmes techniques :

- la collecte du foetus est réalisée sous aspiration ménagée et requiert la coordination de multiples intervenants ;
- il faut environ six foetus pour traiter un seul patient ;
- contre toute attente (encore récemment, le cerveau était considéré comme « privilégié » du point de vue immunitaire) et malgré l’administration d’immunosuppresseurs, il a été observé des rejets de greffe chez certains patients.

Il est donc probable que les futurs essais cliniques de thérapie cellulaire à destination des patients atteints de maladies affectant les ganglions de la base feront appel à d’autres types cellulaires, notamment les cellules souches, qu’elles soient embryonnaires ou adultes.

Les cellules souches embryonnaires

Comparées aux neuroblastes foetaux, les cellules souches embryonnaires présentent trois avantages majeurs :

- elles peuvent être produites en très grande quantité et stockées dans une cellulothèque ;
- elles sont très plastiques puisqu’elles peuvent engendrer tous les tissus de l’organisme ;
- elles peuvent faire l’objet d’une identification immunologique préalable et, à la manière de ce qui se fait avec les cellules sanguines, être utilisées uniquement chez des patients compatibles.

Toutes ces caractéristiques placent les cellules souches embryonnaires en « pôle position » des futurs essais de thérapie cellulaire. Marc Peschanski, coresponsable des essais cliniques français de greffe de neuroblastes foetaux chez les patients atteints de la maladie de Huntington, ne s’y est d’ailleurs pas trompé. Devenu directeur de l’Institut des cellules souches pour le traitement et l’étude des maladies monogéniques (I-Stem) à Evry, il s’intéresse désormais principalement aux cellules souches embryonnaires humaines. Deux études menées sur des modèles animaux (l’une chez le rat et l’autre chez le singe) ont montré que les cellules souches embryonnaires greffées se différenciaient pour partie en neurones dopaminergiques et réduisaient les symptômes neurologiques induits par la toxine. Par ailleurs, l’équipe de Lorenz Studer, à New York, est parvenue à différencier des cellules souches embryonnaires humaines en neurones dopaminergiques.
La  plus grande prudence demeure toutefois de mise. À la manière de Friedrich Hölderlin qui affirmait que « là où le danger croît, croît également ce qui sauve », on peut aujourd’hui déclarer, de manière inversée, que « là où croîssent les promesses thérapeutiques des cellules souches, croît également le danger ».
Avec, en première ligne, le risque de tératocarcinomes. Afin de limiter l’apparition de tumeurs, les neurobiologistes tentent actuellement de brider la capacité de prolifération des cellules embryonnaires. Parmi les stratégies actuellement à l’étude, on peut citer :

- la différenciation des cellules avant la greffe ;
- la réduction des télomères durant l’étape de purification in vitro ;
- l’introduction de gènes limitant le nombre de divisions ;
- ou encore, l’insertion d’un gène suicide (par exemple, le virus de l’herpès) avec déclenchement de la mort des cellules greffées en cas de tumorigenèse.

À ce jour, aucune de ces études n’a abouti à un résultat probant et la voie qui mène aux essais cliniques, pavée de bonnes intentions mais également de mauvaises surprises, sera probablement longue à parcourir. En attendant, cliniciens et chercheurs se sont tournés vers des cellules souches moins problématiques, les cellules souches adultes.

Les cellules souches mésenchymateuses

Les cellules souches adultes sont moins plastiques que leurs soeurs embryonnaires. Elles présentent malgré tout trois avantages majeurs :

- comme leur nom l’indique, elles sont prélevées chez des patients adultes et, en conséquence, ne suscitent aucun débat éthique ;
- elles cessent de proliférer après leur transplantation et ne sont donc pas tumorigènes ;
- dans de nombreux cas, elles peuvent faire l’objet d’autogreffes (greffes autologues), ce qui évite d’avoir recours à des immunosuppresseurs.

Les premières cellules souches adultes décrites furent les cellules souches mésenchymateuses de la moelle osseuse. Depuis, la présence de cellules souches adultes a été démontrée dans d’autres mésenchymes comme le derme de la peau ou encore la lamina propria de la muqueuse olfactive.
Connues pour leur faculté de générer des adipocytes, des chondrocytes et des ostéoblastes, les cellules souches mésenchymateuses sont également capables de se différencier en cellules non mésodermiques, notamment en neurones et en astrocytes. Il a été observé chez l’animal qu’elles pouvaient participer à la régénération et à la réparation du système nerveux, aussi bien central que périphérique3, y compris chez le singe4. Sur la base de ces travaux, une équipe tchèque a lancé en septembre 2003 une étude clinique de transplantation autologue, par voie intraveineuse ou intra-artérielle, de cellules de la moelle osseuse chez 20 patients paraplégiques. Les premiers résultats viennent d’être publiés. Un an après l’implantation, il a été observé une amélioration des fonctions motrices et sensorielles chez les quatre patients qui ont été greffés par voie artérielle, dans un délai d’un mois après le traumatisme.
En revanche, sur les 14 patients qui ont été greffés en intraveineuse, un seul a vu sa condition s’améliorer (14) .
En parallèle, des cellules souches mésenchymateuses ont été implantées de manière autologue chez des patients souffrant de sclérose latérale amyotrophique.
La greffe de cellules de la moelle osseuse chez neuf patients a donné des résultats encourageants : trois ans après la transplantation, le déclin des capacités vitales a été freiné chez quatre individus et aucun signe d’hyperprolifération cellulaire n’a été observé (9).

Une équipe tchéque a lancé une étude de transplantation autologue par voie intraveineuse ou intraartérielle de cellules de la moelle osseuse chez des patients paraplégiques.

Les cellules souches neurales

À la fin du XXe siècle, le monde des neurosciences a connu un véritable tremblement de terre. Au cours de l’année 1992, deux laboratoires situés à deux extrémités de la planète (Australie et Canada) ont publié indépendamment un article scientifique décrivant la présence de cellules souches dans le cerveau.
Cette découverte majeure a mis fin au dogme selon lequel chaque individu naît avec un stock déterminé de neurones et ne peut qu’assister, impuissant, à la perte progressive de sa matière grise au fil des ans. Depuis, il a été démontré que des cellules souches neurales sont présentes dans deux aires cérébrales – la zone sous-ventriculaire et le gyrus denté – et qu’elles ont pour fonction de créer de novo des cellules gliales, ainsi que des interneurones dans le bulbe olfactif et des neurones pyramidaux dans l’hippocampe. Par ailleurs, on sait désormais que cette neurogenèse permanente est amplifiée chez les patients atteints des maladies d’Alzheimer ou de Huntington et amoindrie chez les individus souffrant de la maladie de Parkinson.

Des cellules souches neurales sont présentes dans deux aires cérébrales : la zone sous-ventriculaire et le gyrus denté.

 En réalité, la description d’une neurogenèse chez l’adulte n’est pas chose nouvelle. Dès 1897, Schaper décrit des « cellules indifférentes » (aujourd’hui, on emploie le terme de « cellules non différenciées ») capables de se diviser et de se différencier en neurones. En 1912, Allen observe des mitoses dans la zone sousventriculaire de rats adultes, tandis qu’en 1963 Altman démontre l’existence concomitante d’une prolifération cellulaire, d’une migration de neuroblastes et d’une néoneurogenèse dans le bulbe olfactif et l’hippocampe de rats et de chats adultes. En 1977, Michael Kaplan et James Hinds observent en microscopie électronique des neurones néoformés dans le bulbe et le gyrus denté. Enfin, en 1984, John Paton et Fernando Nottebohm mettent en évidence une neurogenèse permanente dans le centre du chant chez les canaris. Malgré ces démonstrations répétées, la communauté est restée arcboutée sur ses certitudes et, comme l’explique aujourd’hui Michael Kaplan, « dans le maelström d’une révolution, chacun doit choisir son camp et, au cours des années 1960 et 1970, ceux qui ont soutenu le concept de neurogenèse dans le cerveau adulte ont été ignorés ou réduits au silence ». Désormais, le pendule s’agite dans la direction opposée.
On recherche désormais de nouvelles aires de neurogenèse au sein du système nerveux central. Plus de 500 travaux, ayant pour thèmes d’étude les cellules souches neurales ou des greffes de cellules souches destinées à réparer le système nerveux, ont été présentés lors du dernier congrès annuel de la Société américaine des neurosciences. Parmi les études récentes les plus spectaculaires, on peut évoquer les greffes de cellules souches neurales réalisées, en intrathécal ou en intraveineux, dans un modèle animal de sclérose en plaques. L’équipe milanaise, à l’origine de ce travail, a montré que les cellules souches neurales sont capables (au moins dans ce modèle) de traverser la barrière hémato-encéphalique et la barrière encéphalo-méningée, de s’installer durablement dans les zones d’inflammation, de se différencier en cellules myélinisantes, et de réduire les symptômes induits par le peptide myélinique (10).
Du fait de leur faible accessibilité chez les individus vivants, les cellules souches neurales peuvent difficilement faire l’objet de greffes autologues. Il faut donc envisager des greffes hétérologues avec administration d’immunosuppresseurs, ce qui limite l’intérêt d’une telle stratégie substitutive. En revanche, on peut envisager que les cellules souches neurales endogènes – qu’elles soient situées dans la zone sous-ventriculaire ou dans l’hippocampe – soient recrutées pour participer à la réparation du cerveau endommagé.
Plusieurs équipes s’ingénient actuellement à détourner les cellules souches neurales de leur flux migratoire habituel et de les orienter vers les zones en souffrance. Une première étude a montré que l’infusion d’une glycoprotéine de la matrice extracellulaire, la tenascine-R, permet d’orienter la migrationdes cellules souches vers des régions cérébrales non neurogéniques (13).
Dans une seconde étude, une migration et une différenciation des cellules souches de la zone sous-ventriculaire en oligodendrocytes myélinisants ont été observées après implantation de ces cellules souches dans des faisceaux de matière blanche, tels que le corps calleux ou le cingulum2.
Outre leur capacité à traverser les barrières, les cellules souches ont par ailleurs la faculté de circuler dans le système nerveux en utilisant des cytokines et des intégrines pour se rendre dans les zones endommagées. C’est alors le microenvironnement qui dicte le devenir des cellules exogènes : dans une zone de dégénérescence, les cellules souches adoptent le phénotype des cellules endommagées ; dans une aire d’inflammation, elles collaborent avec les cellules endogènes et exercent un effet protecteur en induisant la mort des cellules infiltrantes proinflammatoires TH111. Ce qui amène à se poser la question du rôle potentiel des cellules du système immunitaire dans la réparation du système nerveux.

Les cellules du système immunitaire

Une équipe israélienne a émis l’hypothèse que le cerveau traumatisé souffrait d’un manque de réponse immunitaire.
Selon Michal Schwartz, directrice du laboratoire, le gain du « privilège immunitaire » du système nerveux central (ce dernier tolère généralement bien en son sein laprésence de molécules ou de cellules du non-soi) est corrélé à la perte de capacité d’autoréparation.
Elle a donc émis l’hypothèse qu’il faut accroître et non limiter la réponse immunitaire et imaginé une stratégie neuroprotectrice basée sur la transplantation autologue de macrophages activés chez des rats dont la moelle épinière avait été lésée. Résultat : 19 semaines après, les animaux greffés avaient significativement accru leur capacité locomotrice, ainsi que l’activité musculaire des membres inférieurs en réponse à une stimulation du cortex moteur (12).
Cette étude a conduit ses promoteurs à mettre en place un essai clinique de phase I basé sur la greffe autologue de macrophages activés (co-incubés pendant 24 h avec une biopsie de peau) chez 8 patients paraplégiques, dans un délai maximum de 14 jours post-traumatisme. Un an après, il a été observé que les fonctions sensorielles et motrices de trois patients avaient été significativement améliorées8. Un essai de phase II, basé sur le même principe, est actuellement mené en Israël et aux États-Unis dans six centres différents. En parallèle, cette même équipe a envisagé la possibilité que les cellules de l’immunité adaptativepuissent jouer un rôle en régulant localement la réponse immunitaire innée. Des études basées sur la greffe intraveineuse de cellules T, dirigées contre des antigènes du système nerveux ou de cellules dendritiques, ont été réalisées chez des rats paraplégiques. Elles ont toutes montré un effet bénéfique sur la préservation des tissus lésés et la locomotion des animaux (7) , à condition toutefois que les cellules soient implantées entre le 5e et le 15e jour post-traumatisme. Enfin, pour être complet sur le thème de la réparation de la lésion médullaire, il faut citer les travaux sur les cellules engainantes olfactives.

Les cellules engainantes olfactives

Au cours de la décennie écoulée, de très nombreux travaux ont mis en évidence la capacité d’un sous-type de cellules gliales, les cellules engainantes, situées
dans le système olfactif, à promouvoir la récupération fonctionnelle chez des animaux ayant subi un traumatisme de la moelle épinière.
Chez les mammifères, la muqueuse olfactive, située dans la cavité nasale, est le seul tissu nerveux capable d’autorenouvellement. Chaque jour, chacun de nous perd des neurones olfactifs, mais ces derniers sont remplacés par de nouvelles cellules nerveuses. Lors de leur maturation, les neurones néoformés émettent un axone qui doit se frayer un chemin dans la lamina propria, traverser la lame criblée de l’os ethmoïde avant d’établir des synapses avec des interneurones du bulbe olfactif. Tout au long du trajet, les axones des neurones olfactifs sont accompagnés par les cellules engainantes, qui ont pour rôle de les guider et de les nourrir. Ces cellules diffèrent de la glie classique car elles partagent certaines caractéristiques avec les astrocytes, mais également avec les cellules de Schwann.
Les cellules engainantes nasales peuvent être prélevées sous anesthésie locale chez chaque individu. Cela signifie que chaque patient est son propre donneur et que l’on peut pratiquer des greffes autologues de cellules engainantes. Un essai clinique de phase I auquel participent six patients paraplégiques est en cours (5).
Les résultats sont attendus pour la fin 2007.

Les cellules engainantes nasales peuvent être prélevées chez chaque individu. Chaque patient est donc son propre donneur.

Des promesses à confirmer

Les spécialistes de la thérapie neurale ont l’avance des gens en retard. Ils bénéficient de l’expertise de plus en plus pointue des biologistes cellulaires et de l’expérience accumulée par les autres branches de la thérapie cellulaire. Par ailleurs, ils ne sont guère encombrés par un éventuel legs de la spécialité dans ce domaine. Ce qui les amène à faire feu de tout bois, ou plus exactement de thérapie de tout type cellulaire et de toute approche méthodologique.
Ils sont, en revanche, pénalisés par la difficulté de la tâche. Réparer une ou plusieurs aires d’un organe aussi complexe et aussi peu accessible (les
barrières entre sang, méninges et encéphale sont parfois plus difficiles à franchir que la boîte crânienne) que le cerveau est chose moins aisée que de fabriquer de la peau. À ce jour, les résultats obtenus par les premiers essais cliniques demeurent modestes. Il est probable que les effets observés après transplantation dans le système nerveux s’apparentent à ceux décrits dans la thérapie du diabète de type I. De même que les îlots de Langerhans greffés suppléent le manque d’insuline, les cellules implantées dans le cerveau agissent vraisemblablement comme des cellules médicaments, sécrétant des molécules tels que des facteurs de croissance ou des neurotransmetteurs. Et, si on y parvient, il faudra encore beaucoup de temps pour reconstituer un hippocampe ourestaurer la fonctionnalité
complète d’une aire corticale lésée. L’optimisme est pourtant de mise. Il y a peu, le verre était vide.
Tout doucement, il se remplit. En combinaison avec des biomatériaux de plus en plus sophistiqués et la résurgence probable de la thérapie génique, qui aura besoin de vecteurs, la thérapie neurale demeure une voie d’avenir.

Références

1. Bachoud-Levi AC et al. Lancet Neurol 2006 ; 5 (4) : 303-9.
2. Cayre M et al. Mol Cell Neurosci 2006 ; 31 (4) : 748-58.
3. Cizkova D et al. Cell Mol Neurobiol 2006 ; 26 (7-8) : 1167-80.
4. Deng J et al. Stem Cells 2006 ; 24 (4) : 1054-64.
5. Feron F et al. Brain 2005 ; 128 (Pt 12) : 2951-60.
6. Furtado S et al. Ann Neurol 2005 ; 58 (2) : 331-7.
7. Hauben E et al. J Neurosci 2000 ; 20 (17) : 6421-30.
8. Knoller N et al. J Neurosurg Spine 2005 ; 3 (3) : 173-81.
9. Mazzini L et al. Neurol Res 2006 ; 28 (5) : 523-6.
10. Pluchino S et al. Nature 2003 ; 422 (6933) : 688-94.
11. Pluchino S et al. Nature 2005 ; 436 (7048) : 266-71.
12. Rapalino O et al. Nat Med 1998 ; 4 (7) : 814-21.
13. Saghatelyan A et al. Nat Neurosci 2004 ; 7 (4) : 347-56.
14. Syková E et al. Exp Neurol 2004 ;

Copyright © LEN Médical, Neurologie Pratique, Septembre 2007

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