Les cellules souches (cellules mésenchymateuses multipotentes) 

Un espoir pour traiter l’arthrose.

Dr Alain Silvestre

Le primum movens le plus fréquent de la maladie arthrosique est une blessure mécanique du cartilage. Cette lésion initiale même mineure entraine des changements biomécaniques et biochimiques qui déclenchent la maladie (1). Il est généralement admis que le chondrocyte est la cible privilégiée de ces facteurs biomécaniques et biochimiques qui en promouvant la dégradation de la matrice extra cellulaire cartilagineuse  (MEC) sont ainsi responsables de la maladie arthrosique (2).

Il apparaît donc logique d’intervenir très tôt, dès les premières blessures du cartilage pour enrayer cette évolution, en régénérant le cartilage altéré. Les traitements actuels des lésions du cartilage articulaire, comme la chirurgie (microfracturing, allogreffes ostéochondrales), sont lourds, chers et peu satisfaisants. 

De nouvelles perspectives de régénération du cartilage in vivo émergent en médecine régénérative grâce aux thérapies cellulaires autologues. 

Les Cellules Stromales Mésenchymateuses (CSM) font partie des cellules souches adultes. On les trouve notamment dans la moelle osseuse,  mais aussi dans la graisse ou dans le sang du cordon ombilical. Dans un organisme sain, la plupart sont inactives.

A la suite d’une blessure, des signaux sont envoyés aux CSM qui se mobilisent et se déplacent vers la lésion. Une fois sur place, elles régulent l’inflammation, empêchent la mort de cellules supplémentaires et se différencient en nouvelles cellules pour régénérer le tissu blessé. Ces différentes capacités des CSM en font un candidat idéal pour la thérapie cellulaire, c’est à dire l’apport de cellules souches pour traiter une pathologie.

En effet, il a été montré ces dernières années, que la transplantation de cellules stromales mésenchymateuses (CSM) pourrait être une option thérapeutique efficace pour de nombreuses maladies et à ce jour, des centaines d'essais cliniques utilisant des CSM ont été enregistrés dans la base de données (http://www.clinicaltrials.gov/) de l'US National Institutes de la santé. La pratique générale comprend l'isolement de CSM provenant de divers tissus : la moelle osseuse, le tissu adipeux, le placenta, le cordon ombilical, le sang du cordon ombilical, du sang périphérique, la pulpe dentaire, le périoste, la membrane synoviale …) puis leur culture avant leur implantation.

Grâce à leur activité paracrine, les CSM ont une fonction sécrétoire ou "trophique", qui induisent  la prolifération et la différenciation des cellules souches résidentes, couplées à des fonctions anti-inflammatoires, immunomodulatrices, pro-angiogèniques, anti-apoptotiques, antifibrotiques, ainsi que des propriétés cicatrisantes, et des capacités prolifératives et de différenciation chondrogénique propres, catalysant ainsi la régénération du cartilage lésé .

Ces CSM de différentes origines ont été étudiées pour établir leur potentiel chondrogénique. Les critères spécifiques qui caractérisent les CSM chondrogéniques ont été définis par la société internationale de thérapie cellulaire. Ils incluent l’adhésion au plastique, la présence d’antigènes membranaires (avec plus de 80% d'expression de CD13, CD29, CD44, CD73, CD90 et CD105 et moins et de 2% d’expression de CD31, CD45 et CD235a) et une capacité de différenciation dans les  trois linéages : ostéoblastique, adipocytaire et chondroblastique (3). Dans la majorité de ces études, la différenciation chondrogénique a aussi été caractérisée par l'apparition de marqueurs spécifiques du cartilage hyalin, telles que l'expression et le dépôt de collagène de type II, d’aggrécanes et de protéoglycanes sulfatés (4), (5), (6), (7),(8).

L’hypothèse qui sous-tend une action de la thérapie cellulaire par CSM est que ces cellules injectées en intra-articulaire migrent au niveau du site endommagé pour se différencier en chondrocytes sous l’influence de facteurs locaux, chimiques et mécaniques (9), (10). Les CSM injectées ont également un important effet paracrine et immuomodulateur sur les chondrocytes et CSM in situ qui favorisent la chondrogenèse et in fine la synthèse de la MEC du cartilage (10b). L’étude de Masafumi Horie et al. a confirmé cette hypothèse. Elle montre en effet que des CSM injectées en intra-articulaire dans le genou de rats adultes ayant subi une lésion expérimentale méniscale unilatérale, demeurent dans la cavité intra-articulaire, adhèrent au ménisque lésé mais pas aux tissus sains (ligaments, cartilage ou synoviale) aussi bien du côté lésé que du côté sain, se multiplient in situ et régénèrent le ménisque lésé (11). L’étude de Jin et al. a  mis en évidence des résultats similaires chez le lapin, confirmant ce chimiotactisme des CSM pour le tissu lésé (12). Par ailleurs l’étude de Wang et al confirme que les CSM s’intègrent bien dans le cartilage lésé dans et démontrent un phénotype caractéristique des chondrocytes (13). 

De nombreux et récents travaux ont montré que les facteurs de croissance jouent un rôle déterminant dans la réparation du cartilage. Ils stimulent en effet la synthèse des protéoglycanes, aggrécanes et collagène de type II par les chondrocytes. Ils induisent la prolifération des synoviocytes et des CSM. Ils stimulent aussi le chimiotactisme des CSM et leur différenciation chondrocytaire et enfin, réduisent les effets cataboliques des cytokines inflammatoires et des métalloprotéinases (9), (14), (15), (16), (17), (18), (19). La science fondamentale, les études précliniques et les études cliniques indiquent toutes que ces facteurs de croissance chondrogéniques sont présents dans le Plasma Riche en Plaquette (PRP) et pourraient ainsi expliquer son action thérapeutique sur la réparation du cartilage (17), (20).  Muraglia et al, a montré également que le PRP favorise la prolifération des chondrocytes, là où le sérum de veau foetal n'avait pas d’effet (21). 

Par ailleurs, il été mis en évidence au cours des dix dernières années, que le tissu adipeux sous cutané (TA) et la moelle osseuse contenaient précisément des cellules mésenchymateuses multipotentes (CSM) chondrogéniques, aisément accessibles pour une utilisation en thérapie cellulaire autologue (22), (23), (24), (25). 

Le tissu adipeux, ou la moelle osseuse, facile à prélever, représentent une source potentielle de CSM dont l'utilisation en thérapie cellulaire semble prometteuse (26).   La proportion de ces CSM dans ces tissus,  représente environ 3% des cellules totale (28), (29). Leur utilisation clinique est maintenant reconnue comme étant sûre (29). En effet, de nombreuses études et plus récemment, l’étude de Michalek et al. portant sur 1856 genoux traités, confirment la sécurité du traitement de l’injection de CSM autologue intra-articulaire (30).

Nous fondons dans le service et dans nos laboratoires respectifs de recherche beaucoup d’espoir sur cette voie de thérapie cellulaire, associant l’injection intra-articulaire de CSM autologue et de PRP autologue pour le traitement de la maladie arthrosique. Nous pensons que cette voie nous permettra par des moyens simples, sûrs et efficaces, de restaurer le cartilage lésé. Le PRP a en effet la propriété d’induire la différenciation des CSM en chondrocytes capables de synthétiser une matrice extracellulaire cartilagineuse lorsqu'elles sont dans un environnement chondral, in vitro ou in vivo (9), (31). En particulier, les résultats de Mifune et al. indiquent que le PRP accroit le potentiel thérapeutique des CSM pour la réparation du cartilage articulaire en favorisant la synthèse du collagène, en supprimant l’apoptose des chondrocytes et en améliorant l'intégration des cellules transplantées dans le tissu en réparation (7).

Il reste encore beaucoup de travail de recherche à mener pour comprendre les cascades de mécanismes biochimiques mis en jeu qui permettrons de réverser la maladie arthrosique, mais nous sommes convaincus d’y arriver dans un avenir proche.

Références :

1. Gosset M, Berenbaum F, Levy A, Pigenet A, Thirion S, Cavadias S, et al. Mechanical stress and prostaglandin E2 synthesis in cartilage. Biorheology. 2008;45(3-4):301‑20. 

2. Goldring MB. The role of the chondrocyte in osteoarthritis. Arthritis Rheum. sept 2000;43(9):1916‑26. 

3. Bourin P, Bunnell BA, Casteilla L, Dominici M, Katz AJ, March KL, et al. Stromal cells from the adipose tissue-derived stromal vascular fraction and culture expanded adipose tissue-derived stromal/stem cells: a joint statement of the International Federation for Adipose Therapeutics and Science (IFATS) and the International Society for Cellular Therapy (ISCT). Cytotherapy. juin 2013;15(6):641‑8. 

4. Akeda K, An HS, Okuma M, Attawia M, Miyamoto K, Thonar E.-MA, et al. Platelet-rich plasma stimulates porcine articular chondrocyte proliferation and matrix biosynthesis. Osteoarthr Cartil OARS Osteoarthr Res Soc. 1 déc 2006;14(12):1272‑80. 

5. Mishra A, Tummala P, King A, Lee B, Kraus M, Tse V, et al. Buffered platelet-rich plasma enhances mesenchymal stem cell proliferation and chondrogenic differentiation. Tissue Eng Part C Methods. sept 2009;15(3):431‑5. 

6. Hildner F, Eder MJ, Hofer K, Aberl J, Redl H, van Griensven M, et al. Human platelet lysate successfully promotes proliferation and subsequent chondrogenic differentiation of adipose-derived stem cells: a comparison with articular chondrocytes: Human platelet lysate promotes proliferation/chondrogenic differentiation of ASCs. J Tissue Eng Regen Med. janv 2013;n/a ‑ n/a. 

7. Mifune Y, Matsumoto T, Takayama K, Ota S, Li H, Meszaros LB, et al. The effect of platelet-rich plasma on the regenerative therapy of muscle derived stem cells for articular cartilage repair. Osteoarthr Cartil OARS Osteoarthr Res Soc. janv 2013;21(1):175‑85. 

8. Moreira Teixeira LS, Leijten JCH, Wennink JWH, Chatterjea AG, Feijen J, van Blitterswijk CA, et al. The effect of platelet lysate supplementation of a dextran-based hydrogel on cartilage formation. Biomaterials. mai 2012;33(14):3651‑61. 

9. Roux S, Leotot J, Chevallier N, Bierling P, Rouard H. Cellules stromales mésenchymateuses : propriétés biologiques et perspectives thérapeutiques. Transfus Clin Biol. févr 2011;18(1):1‑12. 

10. Toupet K, Maumus M, Peyrafitte J-A, Bourin P, van Lent PLEM, Ferreira R, et al. Long-Term Detection of Human Adipose-Derived Mesenchymal Stem Cells After Intraarticular Injection in SCID Mice: Biodistribution and Long-Term Detection of Human AD-MSCs in SCID Mice. Arthritis Rheum. juill 2013;65(7):1786‑94. 

10b. Chris Hyunchul Jo et al., « Intra-Articular Injection of Mesenchymal Stem Cells for the Treatment of Osteoarthritis of the Knee: A Proof-of-Concept Clinical Trial », Stem Cells (Dayton, Ohio) 32, n^o 5 (mai 2014): 1254‑66, doi:10.1002/stem.1634.

11. Horie M, Sekiya I, Muneta T, Ichinose S, Matsumoto K, Saito H, et al. Intra-articular Injected synovial stem cells differentiate into meniscal cells directly and promote meniscal regeneration without mobilization to distant organs in rat massive meniscal defect. Stem Cells Dayt Ohio. avr 2009;27(4):878‑87. 

12. Jin X, Yang L, Duan X, Xie B, Li Z, Tan H. [In vivo MR imaging tracking of supermagnetic iron-oxide nanoparticle-labeled bone marrow mesenchymal stem cells injected into intra-articular space of knee joints: experiment with rabbit]. Zhonghua Yi Xue Za Zhi. 4 déc 2007;87(45):3213‑8. 

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