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Le Monde, 27 décembre 2004

Sciences : Des quantités quasi illimitées de globules rouges humains produits à partir de cellules souches

par Jean-Yves NAU


Moelle osseuse : les globules rouges y sont formés par des cellules spéciales. La production d’un globule rouge demande six jours et la cellule ne vivra que 120 jours. La production normale de globules rouges dépend de l’approvisionnement de l’organisme en fer et en deux vitamines importantes : la vitamine B12 et l’acide folique. Ils sont constitués par des matières albuminoïdes, des protéides, de la globuline et un pigment, l’hémoglobine. On y trouve également du fer

Une équipe de spécialistes français d’hématologie a annoncé, dimanche 26 décembre 2004, sur le site de la revue Nature Biotechnology, avoir, pour la première fois au monde, réussi à fabriquer in vitro de très grandes quantités de globules rouges humains à la fois matures et fonctionnels.

Vitamine B 12


Ce résultat marque une étape importante dans l’histoire de la science du sang. Elle ouvre dans le même temps de considérables perspectives tant dans le domaine de la recherche fondamentale que dans celui de la transfusion sanguine ainsi que, peut-être, dans celui de la thérapie génique et de la lutte contre le paludisme.

Acide folique

La sortie d’un globule rouge de la moelle osseuse, tissu présent dans la lumière des os longs et plats, est le fruit d’un long processus de maturation et de différenciation cellulaires à partir des cellules souches d’un système dit "hématopoïétique". Ce processus voit, schématiquement, des cellules souches donner naissance à des érythroblastes qui se transforment eux-mêmes en réticulocytes qui sont libérés dans la circulation sanguine. Ce jeune globule rouge a alors une durée de vie moyenne de 120 jours. On estime entre 4 et 5 milliers de milliards le nombre des globules rouges présents dans un organisme humain, la moelle osseuse produisant quotidiennement 800 milliards de ces cellules sanguines.

Globules rouges ou hématies : près de 25 milliards chez un adulte sain. Ce sont elles qui renferment l’hémoglobine, pigment rouge qui donne sa couleur au sang, et grâce auquel l’oxygène est transporté des poumons jusqu’aux cellules de l’organisme. Les hématies transportent en retour le gaz carbonique produit par les cellules et l’acheminent aux poumons où il est éliminé

Les chercheurs français ont réussi dans un premier temps à identifier par marquage immunitaire des cellules souches -dites cellules CD 34- dans de simples prélèvements de sang ou encore à partir d’échantillons de sang de cordon ombilical. Ils ont ensuite mis au point un processus de mise en culture reproduisant in vitro, de la manière la plus fidèle, l’environnement cellulaire et moléculaire que connaissent ces cellules in vivo. Ce processus comporte trois étapes et nécessite le recours à plusieurs facteurs de croissance ainsi qu’à différents types de cellules. Il permet aux chercheurs d’induire, en 21 jours, la transformation de près de 100 % des cellules CD 34 en réticulocytes. Plus précisément, ces chercheurs expliquent pouvoir obtenir, à partir d’une seule cellule CD 34, près de 2 millions de jeunes globules rouges. "Ce n’est qu’une première étape et nous avons bon espoir de trouver les moyens techniques d’améliorer la production", confie l’un des membres de l’équipe.

Des cellules CD 34

Dans l’attente de l’achèvement des travaux actuellement en cours, visant à standardiser et à industrialiser cette technique, plusieurs pistes vont s’ouvrir quant à l’usage thérapeutique qui pourrait être fait de cette spectaculaire avancée en matière de biologie cellulaire. La première consistera à étudier de quelle façon cette technique de production des globules rouges pourra être utilisée de manière "autologue". Il s’agira de prélever des cellules souches dans le sang périphérique d’un patient pour les transformer in vitro en globules rouges et transfuser ensuite ces derniers chez le même patient. Cette nouvelle approche pourra notamment se révéler fort utile chez les patients dont on sait qu’ils doivent être fréquemment transfusés. Elle pourrait également être prometteuse pour les patients dits en "impasse transfusionnelle" parce qu’immunisés contre les sangs provenant de donneurs.

Hémoglobine humaine en sphères colorées par type d’atomes (oxygène en rouge, carbone en gris, azote en bleu) et les hèmes en vert.. L’hémoglobine est la molécule d’importance vitale qui achemine l’oxygène depuis les poumons jusqu’aux tissus, et en retour favorise le transport, par le sang, du gaz carbonique des tissus aux poumons. L’hémoglobine prélèvera donc de l’oxygène dans les poumons pour le donner à une protéine, la myoglobine, dans les capillaires du muscle où ce gaz est en faible quantité. La myoglobine, à son tour, passera l’oxygène aux mitochondries où il est plus raréfié encore

La même technique mise en œuvre à partir de cellules souches de sang de cordon ombilical pourra, d’autre part, concerner les personnes devant, elles aussi, être transfusées, mais présentant des groupes sanguins rares pour lesquels les donneurs sont fort peu nombreux et, en général, insuffisants. Des banques de sang de cordon de ce type pourraient être constituées. Elles permettraient de pallier la pénurie tout en augmentant la sécurité transfusionnelle. Le sang présent dans un cordon ombilical peut, en effet, être "sécurisé" : on le congèle après l’avoir recueilli et il n’est utilisé qu’après la vérification ultérieure que la mère n’était pas, au moment de l’accouchement, en phase d’incubation silencieuse d’une infection virale ou bactérienne. La technique d’amplification in vitro offrirait un autre avantage : un seul échantillon de sang de cordon pourra être utilisé chez plusieurs receveurs et chacun d’entre eux n’utilisera des culots globulaires que d’un seul donneur. Cela permettra aussi de réduire les risques de contamination liés à l’actuelle technique de "poolage" des échantillons sanguins, qui fut, entre autres, responsable des affaires du sang contaminé.

Une cellule. Les mitochondries sont de petites strutures allongées situées à l’intérieur de la cellule. En décomposant des éléments comme le glucose, elles fournissent l’énergie nécessaire au fonctionnement de la cellule. Mais cela épuise la cellule en oxygène et celle-ci dégage alors du dioxyde de carbone. Cela s’appelle : la respiration cellulaire. Une cellule musculaire utilise beaucoup de mitonchondries

Les chercheurs français estiment aussi qu’un autre intérêt peut d’ores et déjà être avancé. Il tient au fait que, lorsque l’on transfuse un culot de globules rouges prélevés chez un donneur, ce culot comprend des cellules qui viennent de naître et d’autres qui sont à la fin de leur vie. Or, avec cette nouvelle technique, on pourrait disposer de culots globulaires ne contenant que des réticulocytes ayant tous, par définition, 120 jours d’espérance de vie, ce qui laisse espérer une efficacité transfusionnelle plus importante.

Un accident de la route

Sur un plan plus fondamental, ce modèle de culture laisse penser aux spécialistes d’hématologie qu’ils détiennent désormais un outil qui leur permettra de progresser dans l’étude des mécanismes, encore mal compris, sous-jacents à la différentiation de cette lignée de cellules ainsi que, parallèlement, à la synthèse de l’hémoglobine au sein de ces cellules. Enfin, la nouvelle maîtrise acquise dans cette culture in vitro de cellules humaines pourrait avoir une application dans le champ émergent de la thérapie génique et cellulaire, des globules rouges issus de cellules souches au génome modifié pouvant peut-être, dans l’avenir, constituer des vecteurs médicamenteux d’un nouveau genre.

Jean-Yves NAU

Un accident de la route

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