Séance du mercredi 12 octobre 2011

SEANCE COMMUNE AVEC L’ACADEMIE NATIONALE DE MEDECINE : LES ORGANES AUTO-CONSTRUITS REMPLACERONT-ILS LA TRANSPLANTATION D’ORGANES ?
14h30-17h00 - Les Cordeliers

Résumé
Le traitement des maladies hépatiques par transplantation d’hépatocytes matures n’a pas encore trouvé d’application thérapeutique bien définie en raison de la difficulté de faire intégrer et se maintenir dans les travées hépatocytaires un nombre suffisant d’hépatocytes fonctionnels. Des travaux récents ont montré qu’il était possible par l’utilisation de détergents doux de décellulariser complètement le squelette vasculaire hépatique tout en maintenant un réseau vasculaire intègre et une matrice extra cellulaire spécifique. L’ensemencement d’hépatocytes et/ou d’autres populations cellulaires permet d’obtenir en quelques semaines un organe fonctionnel et transplantable chez le petit animal. A côté des formidables possibilités d’investigation qu’offrent de tels modèles de foie auto construits par l’association de la bio-ingénierie et de la thérapie cellulaire, la construction de tels foies chez l’homme à partir de squelettes exogènes et de cellules allogéniques ou autologues à partir de cellules pluripotentes i
Intervenant : R. POUPON (Paris), Hépatologue, Chef de service à l’Hôpital Saint-Antoine

Résumé
Le rein est un des organes les plus difficiles à reconstruire à cause de la complexité de sa structure et de l'hétérogénéité morphologique et fonctionnelle des cellules qui le constituent.
Comme pour les autres organes, les recherches se sont focalisées sur :
- les matrices servant de support à la recellularisation : synthétiques, biodégradables ou biologiques. Les matrices extracellulaires sont les plus prometteuses. Des reins de souris, rats porcs ou encore de primates ont pu être décellularisés permettant d'obtenir une structure extracellulaire « vascularisée » servant de support à la recellularisation.
- la source de cellules à utiliser pour reconstituer le parenchyme : cellules souches embryonnaires, cellules souches progénitrices, cellules souches adultes issues de la moelle osseuse ou du parenchyme rénal lui même. Le néphron se développe à partir des effets d'induction réciproques du bourgeon urétéral et du blastème métanéphrogène qu'il est possible de reproduire in vitro.
Ces travaux laissent espérer la possibilité de « fabriquer » un rein à partir de cellules autologues en vue de la transplantation tout en répondant à la pénurie d’organes et à la toxicité des agents immunosuppresseurs. En attendant, d’autres recherches sur le rein « bioartificiel » associent au système conventionnel de filtration du rein artificiel, un bioréacteur contenant des cellules rénales épithéliales dérivées de tubules rénaux humains. Elles conservent leur fonction de réabsorption, métabolique et endocrinologique. Les reins bioartificiels font l’objet d’essais cliniques.
Intervenant : E. RONDEAU (Paris), Néphrologue, Chef de service à l’Hôpital Tenon

Résumé
La pertinence clinique de ce concept d’organe auto-construit est illustrée par deux chiffres : en France, on dénombre chaque année environ 10.000 nouveaux cas d’insuffisance cardiaque grave, c'est-à-dire réfractaire aux traitements médicamenteux actuels alors que le nombre de transplantations cardiaques oscille aux environ de 350-400 sans espoir réaliste de le voir augmenter. Cette discordance justifie la recherche de nouvelles options thérapeutiques. Le cœur artificiel total reste encore avant tout une solution d’attente avant la transplantation et l’implantation de dispositifs définitifs, sans être une chimère, continue de poser de sérieux problèmes techniques (source d’énergie, matériaux, ergonomie) sans même évoquer les conséquences économiques. La xéno-transplantation ne progresse guère en raison des défis immunologiques non résolus malgré des années de travaux expérimentaux et le poids croissant des contraintes sécuritaires risque de rendre les autorités réglementaires encore plus méfiantes à l’égard du risque d’épizootie. La thérapie génique est encore balbutiante dans ce domaine et la complexité des mécanismes neuro-hormonaux impliqués dans l’insuffisance cardiaque ne se prête pas forcément bien à une approche dont les succès, à ce jour, répondent avant tout à des maladies monogéniques. La transplantation de cellules souches aura sans doute sa place, mais dans des formes intermédiaires, c'est-à-dire chez des patients qui conservent encore un capital suffisant de cellules contractiles. La recherche dans ce domaine a néanmoins eu l’intérêt de mettre en lumière le rôle capital joué par les structures de soutien dans la survie, la prolifération et le différenciation des cellules greffées, ouvrant ainsi la voie à une ingéniérie tissulaire combinant cellules et matrices qui est à la base du concept d’organe auto-construit. Sur le plan technique, ce concept implique deux étapes temporellement distinctes. La première est la décellularisation de l’organe cible, aujourd’hui réalisable efficacement (y compris sur des cœurs de gros mammifères) par la perfusion de détergents chimiques auxquels ont pu été substitués avec succès, du moins dans le cas du foie, un procédé physique fondé sur l’électroporation. L’objectif est d’obtenir la disparition complète de tout matériel cellulaire, pré-requis à l’utilisation potentielle d’organes allo- ou même xénogéniques, tout en maintenant l’intégrité biochimique (contenu en collagène, fibronectine, laminine) et physique (orientation des fibres) de la matrice extra-cellulaire, la perméabilité de l’arbre vasculaire et la compétence des valves. La seconde étape, plus complexe, est celle de la recellularisation. Elle pose, schématiquement, deux problèmes : le choix des cellules et leur mode de transfert. Le cahier des charges imposé aux cellules est en effet contraignant. Il convient d’abord de reconstituer la diversité des populations cellulaires présentes dans le cœur, principalement cardiomyocytes (qui n’en représentent toutefois pas la majorité), myofibroblastes, cellules endothéliales et musculaires lisses. Or si l’obtention de fibroblastes et de cellules vasculaires peut être relativement bien maîtrisée, d’autant qu’elles sont même prélevables chez le futur « receveur » de l’organe reconstitué, tel n’est pas le cas des cellules à visée cardiogénique qui doivent non seulement posséder des propriétés intrinsèquement contractiles, mais aussi être capables de se coupler entre elles et de battre de façon synchrone et à une fréquence modulable par des stimuli neuro-humoraux ou pharmacologiques. Or on sait aujourd’hui que la plasticité des cellules somatiques adultes est limitée et ne leur permet en tous cas pas de se différencier en cardiomyocytes. Cette propriété est le seul fait des cellules pluripotentes, pré-orientées in vitro vers un phénotype cardiaque qu’elles achèvent en principe d’acquérir in vivo sous l’influence de signaux cardio-inducteurs. Ces cellules pluripotentes peuvent être des cellules souches embryonnaires humaines dont le caractère allogènique pose le problème du rejet (indépendamment de toute discussion éthique) ou des cellules somatiques adultes induites à la pluripotence au prix d’une reprogrammation peu efficiente et encore mal maîtrisée car à l’origine possible d’aberrations génétiques et épigénétique. Ultime paradoxe, le caractère autologue de ces cellules ne les expose pas moins à un risque de rejet lié à l’émergence, du fait de la reprogrammation, d’antigènes possiblement identifiés comme étrangers par le système immunitaire du receveur. Enfin, quelle que soit l’origine de ces cellules pluripotentes, leur sélection, au terme de l’étape de pré-différenciation, reste une étape fondamentale afin de n’utiliser que des progéniteurs cardiogéniques et d’éliminer ainsi toute « contamination » par des cellules qui, ayant échappé à cette pré-orientation, auraient conservé un caractère pluripotent et donc un potentiel de prolifération tumorale après la greffe. Le second problème est celui du transfert des cellules sur la charpente qu’elles sont supposées recoloniser. Si la perfusion des cellules à destinée vasculaire parait logique pour reconstituer l’endothélium, l’injection intra-murale des cellules à visée cardiogénique est moins évidente. On a en effet appris de la thérapie cellulaire, que l’injection même, du fait de la dissociation protéolytique préalable des cellules, les prédispose à la mort par apoptose, qu’elle est peu précise et peu reproductible. Si ces limites représentent déjà une sérieuse limitation lorsqu’il s’agit de recoloniser une zone circonscrite de myocarde comme se propose de le faire la transplantation cellulaire, elles risquent d’être quasiment rédhibitoires quand l’objectif devient celui de la repopulation de l’organe entier. Difficulté supplémentaire, cette repopulation ne vise pas seulement à apporter le contingent numérique de cellules nécessaires à la contraction du futur cœur reconstitué, elle se doit aussi de permettre un alignement de ces cellules, à la fois entre elles et par rapport à leur matrice de soutien, compatible avec l’anisotropie qui caractérise le cœur et conditionne largement l’efficacité de sa fonction contractile. Cette fonction est aussi dépendante de l’innervation dont la reconstitution au sein de l’organe auto-construit et les connexions extrinsèques avec les systèmes sympathique et parasympathique du receveur restent à ce jour des problèmes non résolus. Ainsi, dans le travail séminal de Ott et Taylor (Nature Medicine, 2008 ;14 :213-221), des cœurs de rat décellularisés puis recolonisés par des cellules cardiaques néo-natales et placés dans un bioréacteur ont certes pu démontrer des réponses électriques et mécaniques à la stimulation, apportant ainsi la preuve du concept, mais avec une force contractile équivalent à 2% de celle d’un cœur humain adulte, ce qui illustre clairement le chemin qui reste à parcourir. Le remplacement complet d’un cœur humain par un autre cœur constitué d’une matrice, d’origine humaine ou animale, et ensemencée par des cellules capables de s’organiser, structurellement et fonctionnellement, pour le douer d’une activité mécanique efficace, est une perspective encore incertaine et en tous cas certainement lointaine. En revanche, le développement de cette technologie, même si elle ne parvient pas à atteindre l’objectif final, aura, et d’ailleurs a déjà, des conséquences importantes dans le domaine de l’ingéniérie tissulaire. En effet, le développement des techniques de détersion et d’ensemencement devrait conduire à la mise au point de matrices permettant d’optimiser réhabitation, prolifération, différenciation et organisation spatiale des populations cellulaires d’intérêt. Il devient alors réaliste de considérer que ces biomatériaux cellularisés trouvent des indications dans le remplacement partiel du cœur, qu’il s’agisse de celui d’une valve, d’une voie d’éjection (notamment celle du ventricule droit) ou de portions de myocarde défaillant auquel ce matériau composite pourrait redonner une fonction. Dans ces conditions, le cœur « auto-construit » apparait plus comme une option supplémentaire dans l’arsenal thérapeutique que comme un substitut complet à la transplantation.
Intervenant : G. JONDEAU (Paris), Cardiologue, Hôpital Bichat, Service du Pr A. Vahanian

Résumé
La transplantation pulmonaire est toujours le seul traitement curatif de l’insuffisance respiratoire chronique au stade terminal. Ses résultats restent néanmoins médiocres en raison du nombre insuffisant de donneurs, du rejet chronique et des complications liées aux immunosuppresseurs. La mise au point d’un poumon bio-artificiel régénéré à partir de cellules autologues pourrait apporter une solution majeure à ces problèmes non résolus. Nous avons démontré qu’il était possible d’obtenir une régénération in vivo épithéliale et cartilagineuse au niveau trachéo-bronchique en utilisant une matrice de tissu aortique. D’autres études ont permis une régénération trachéo-bronchique in vitro par ingénierie tissulaire ou in vivo après implantation hétérotopique d’une allogreffe. La problématique est encore plus complexe au niveau pulmonaire puisqu’il faut trouver une matrice élastique capable d’induire une régénération des différents éléments bronchiques, alvéolaires et vasculaires du poumon sur de plus une large surface permettant ainsi une ventilation, une perfusion et des échanges gazeux. Des études récentes ont démontré la possibilité de régénération des différents constituants du poumon in vivo et in vitro à partir de cellules autologues, en particulier de cellules souches. La recherche en ce domaine, qui en est à ses débuts, s’oriente aujourd’hui vers l’utilisation préférentielle d’une matrice pulmonaire décellularisée dont la recolonisation épithéliale et endothéliale in vitro est obtenue par utilisation de cellules autologues. L’implantation in vivo chez l’animal semble permettre l’obtention d’un poumon bio-artificiel fonctionnel. Ces premiers travaux laissent entrevoir une application chez l’homme dans 10 à 20 ans d’après les prévisions les plus optimistes.
Intervenant : M. AUBIER (Paris), Pneumologue, Chef de Service à l’Hôpital Bichat