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50 défis

Des neurones artificiels

[Défi 12] Des milliers de Québécois attendent une greffe de tissus, comme la cornée ou la peau. Ce sera peut-être bientôt chose du passé.

28/09/2012
François Berthod
Biologie cellulaire, Laboratoire d’organogenèse expérimentale (LOEX) de l’Université Laval

François Berthod, Julie Fradette, François Gros-Louis, Stéphanie Proulx
François Berthod,
Stéphanie Proulx, François Gros-Louis, Julie Fradette
© Marc Robitaille

Fabrique de tissus

À partir de quelques cellules, les chercheurs du LOEX reconstruisent des tissus humains, qui pourront un jour servir à réparer les corps malades ou blessés.
Par Marine Corniou

Dans la «salle blanche», l’air est purifié, la température et la pression, strictement contrôlées. Ici, des techniciens équipés de combinaisons et de masques fabriquent… de la peau humaine!

Nous sommes au Laboratoire d’organogenèse expérimentale (LOEX) de l’Université Laval, l’un des plus importants centres de médecine régénérative au monde. C’est là, dans un bâtiment attenant à l’Hôpital de l’Enfant-Jésus de Québec, que des scientifiques créent, sur demande, des timbres d’épiderme destinés à être greffés aux grands brûlés. À partir de leurs propres cellules.

«Le LOEX a été le premier au Canada, en 1986, à fabriquer de l’épiderme cultivé à partir de cellules de patients à qui l’on a pu ensuite greffer cette peau»; explique Julie Fradette, chercheuse en biologie cellulaire et moléculaire.
L’équipe fabrique de la peau, mais aussi des vaisseaux sanguins, des vessies, des neurones, des bronches et des cornées. En tout, ce sont plus de 90 personnes qui se consacrent aujourd’hui à faire pousser des tissus humains dans des boîtes de Pétri, conservées au chaud dans des incubateurs.

Partout dans le monde, des scientifiques croient que la médecine régénératrice a beaucoup d’avenir. Elle permettra, disent-ils, de dépasser certaines limites thérapeutiques autrement infranchissables. Et le LOEX a pris une longueur d’avance.

Alors que la plupart des équipes concurrentes font pousser leurs cellules sur des matériaux artificiels ou sur des supports de collagène synthétiques, à Québec, on fait confiance à la nature. «Les cellules ont la capacité de sécréter leur propre environnement en trois dimensions. Nous nous en servons comme matrice, explique Julie Fradette. En plaçant les cellules humaines en présence de vitamine C, cela les force à fabriquer cette matrice naturelle.» Cette méthode, baptisée autoassemblage, permet d’obtenir sans aucun matériau extérieur une « charpente » de protéines dense et complexe, indispensable pour assurer la cohésion et la croissance ordonnée des cellules.

Les solides feuillets de tissu ainsi obtenus peuvent être empilés, roulés sur eux-mêmes (pour former un vaisseau sanguin, par exemple) ou encore placés dans un moule rigide pour qu’ils adoptent la forme souhaitée.

Entièrement biologiques, ces tissus peuvent être testés en clinique plus rapidement que ceux qui contiennent des éléments artificiels. C’est l’une des forces du LOEX, qui a séduit Stéphanie Proulx, spécialiste des maladies de l’œil. En 2010, elle a réussi à recréer une cornée, cette membrane transparente qui recouvre l’œil, à l’aide de cellules prélevées sur des cornées de personnes décédées. Après avoir reconstitué un stroma, la couche intermédiaire de la cornée, elle y a « semé » des cellules d’endothélium et d’épithélium cornéens (les couches interne et externe), qui ont colonisé le stroma.

Le résultat s’est révélé spec­taculaire : elle a obtenu une cornée à trois couches, complète et transparente! Certes, on est encore loin de pouvoir greffer ces cornées reconstituées à des patients, mais, à terme, ces recherches pourraient redonner la vue à des milliers de personnes. En Amérique du Nord, 50 000 greffes de cornées provenant de donneurs décédés sont effectuées annuellement à la suite de blessures, de brûlures ou de maladies oculaires. Environ 16 % se soldent par un échec. Et la demande dépasse de loin le nombre de greffons disponibles…
Peau artificielle«La force du génie tissulaire est qu’il permet de s’adapter aux besoins du patient. On peut se servir de ses propres cellules pour construire le tissu et éviter les rejets, explique Stéphanie Proulx. Et l’on peut aussi agir de façon plus ciblée qu’avec les greffes traditionnelles, en remplaçant seulement une partie de la cornée.» Par exemple, chez les personnes atteintes de dystrophie de Fuchs, une maladie de la cornée qui se manifeste vers l’âge de 50 ans, seul l’endothélium, cette fine et fragile couche de cellules qui assure la transparence de la cornée, est endommagé.

Travaillant en étroite collaboration avec des ophtalmologistes cliniciens, Stéphanie Proulx est parvenue pour la première fois cette année à cultiver in vitro des cellules endothéliales de patients atteints de cette dystrophie. «On a pu ainsi sélectionner les cellules les plus fortes, les moins malades, et recréer un endothélium cornéen fonctionnel que l’on a greffé avec succès sur des animaux», se félicite la jeune femme.

Car au-delà de la réparation du corps humain, l’étude des maladies est l’un des volets majeurs du génie tissulaire. Pour tester des médicaments, étudier des pathologies ou même chercher les gènes impliqués dans certaines affections, pouvoir fabriquer des tissus humains à volonté est un atout de taille. C’est ainsi que François Gros-Louis étudie la sclérose latérale amyotrophique (SLA), une maladie neurologique, à partir de cellules de… peau!

«Cela peut paraître bizarre d’utiliser la peau pour comprendre une maladie des neurones, concède-t-il. Et pourtant, la peau possède 600 000 capteurs sensoriels qui la relient directement au cerveau: il y a beaucoup de points communs entre ces deux organes.» Pour preuve, beaucoup d’affections neurodégénératives, notamment la maladie d’Alzheimer ou de Parkinson, s’accompagnent de modifications au niveau de la peau, par exemple une plus grande tendance à développer des mélanomes.

Dans le cas de la sclérose latérale amyotrophique, les patients, qui souffrent d’une paralysie musculaire progressive, ne font quasiment jamais de plaies de lit, et l’élasticité de leur peau est modifiée. «La sclérose latérale amyotrophique est une maladie incurable et difficile à étudier, car on ne peut bien évidemment pas avoir accès au cerveau des patients de leur vivant», explique le chercheur. Dans 90 % des cas, la cause de la maladie n’est pas connue, et l’on ne peut pas non plus générer de modèles animaux. «Je récupère donc des biopsies cutanées prélevées sur des malades atteints de SLA, je cultive leurs cellules et je reconstitue des feuillets dermiques pour y trouver des marqueurs de diagnostic précoce et comprendre les mécanismes impliqués», résume le chercheur.

Il n’est d’ailleurs pas le seul à s’intéresser aux liens entre la peau et les neurones. À force de scruter notre épiderme sous toutes ses coutures, les scientifiques du LOEX y ont découvert de nombreux trésors, dont des cellules souches, ces fameuses cellules indifférenciées capables de se transformer en n’importe quel type cellulaire.

En 2007, le chercheur François Berthod a réussi un exploit : forcer des cellules souches de peau humaine à évoluer en neurones. Une découverte qui, en plus de fournir un modèle pour la recherche, permettra peut-être un jour de soigner les patients atteints de maladies neurodégénératives. Il suffira alors de prélever quel­ques cellules souches de peau chez les malades, de les faire se transformer en neurones compatibles et de les implanter dans leur cerveau pour le réparer.

«Compte tenu du potentiel des cellules souches en médecine, il est important de parvenir à les prélever facilement chez l’humain», souligne Julie Fradette, qui travaille sur une autre catégorie de cellules souches : celles du tissu adipeux − autrement dit, du gras! « Elles ont été découvertes en 2001, et nous pouvons les extraire par simple liposuccion. Elles peuvent donner du tissu graisseux, bien sûr, mais aussi des cellules de cartilage et d’os », précise-t-elle.

Pour l’instant, Julie Fradette s’en sert avant tout pour recréer du tissu adipeux, solide et transplantable, utilisable à terme pour combler des cicatrices, après une opération maxillo-faciale ou mammaire, ou en cas de brûlures profondes. «C’est aussi le gras qui constitue l’hypoderme, la couche la plus profonde de la peau, située sous l’épiderme et le derme. On connaît mal son rôle dans la physiologie cutanée, mais on croit qu’il pourrait aider à la guérison des plaies», explique la chercheuse. L’un de ses projets consiste justement à voir si les tissus gras reconstitués en laboratoire peuvent être utilisés comme pansements biologiques, et favoriser la cicatrisation des blessures.

Pourra-t-on, un jour, changer de cœur, d’œil ou de foie aussi facilement que l’on répare un objet cassé? Ce dont on est sûr, c’est que nos cellules ont la capacité de remplacer bien des médicaments, et de fournir, sur demande, des «pièces de rechange» aux organismes malades.


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