Angiogenèse et cellules‐souches : de la théorie à la pratique

ARTICLE

Auteur(s) : Brigitte Jude^1,2, Frédéric Mouquet^1,3, Julien Gaudric^1,4, Sophie Susen^1,2

¹ EA 2693, Université de Lille II 
² Institut d’hématologie biologique et d’hémobiologie-transfusion, CHRU Lille 
³ Clinique de cardiologie et maladies vasculaires, CHRU Lille 
⁴ Clinique de chirurgie cardiovasculaire, CHRU de Lille

Sur le plan physiologique, le processus de vasculogenèse permet la formation de la vascularisation initiale embryonnaire par des progéniteurs endothéliaux. À partir de ce réseau initial se développent, au cours de la vie, de nouveaux vaisseaux par bourgeonnement ou divisions de vaisseaux mères (angiogenèse) [4]. Ce processus fait appel à la migration de cellules endothéliales qui participent à la génération et à la régénération du réseau capillaire ainsi qu’au processus de remodelage vasculaire. L’artériogenèse à proprement parler fait appel au bourgeonnement à partir d’une artériole native et nécessite, non seulement une migration endothéliale, mais aussi de cellules musculaires lisses et de fibroblastes pour donner naissance à un vaisseau mature [5].

La régénérescence de l’endothélium adulte semble être un phénomène relativement lent [6]. En effet, la capacité de renouvellement et de prolifération des cellules endothéliales différenciées est faible. Dans les situations d’agression endothéliale (ischémique, infectieuse, métabolique, mécanique ou immunologique), un processus d’apoptose s’enclenche. Il a été démontré la présence de cellules endothéliales adultes circulantes en faible nombre (< 3/mL de sang) et ce nombre augmente en cas d’agression, notamment ischémique.

Cellules-souches

Des données récentes indiquent que des cellules-souches ou des progéniteurs endothéliaux originaires de la moelle osseuse contribuent à la vascularisation tissulaire aussi bien durant la vie in utero qu’après la naissance [7]. De plus, des études précliniques et quelques études cliniques préliminaires ont montré que des progéniteurs endothéliaux ou hématopoiétiques issus de cellules de moelle osseuse pouvaient restaurer la vascularisation après ischémie myocardique, rétinienne ou myocardique [8].

Les cellules-souches se définissent de façon fonctionnelle par leur capacité à s’autorenouveler et à donner naissance à différentes sortes de cellules différenciées. Les précurseurs et les cellules progénitrices ont généralement perdu cette capacité d’autorenouvellement, bien que des données récentes indiquent qu’elles peuvent se dédifférencier en cellules-souches. Trois populations différentes sont actuellement décrites [9] :

• Les cellules-souches médullaires hématopoïétiques (CD34+, CD45+) sont les premières cellules-souches à avoir été isolées, caractérisées et utilisées en pratique clinique. Leur fonction principale est d’assurer le renouvellement des lignées sanguines mais, au sein de cette population, a été récemment identifiée une sous-population capable de se différencier en cellules endothéliales. Ces cellules, baptisées cellules progénitrices endothéliales (CPE), ont d’abord été isolées dans le sang circulant adulte [2], puis dans la moelle osseuse et dans le sang de cordon ombilical [10, 11]. Elles sont généralement isolées à partir de marqueurs spécifiques de surface tels que CD133 et VEGF-R2. Cette population exprime en se différenciant (in vitro après culture sur fibronectine et en présence de facteurs de croissance endothéliaux) les marqueurs de cellules endothéliales matures (CD 31, facteur Willebrand, VE Cadhérine) [12].

Plusieurs points restent l’objet de discussions essentielles pour l’utilisation thérapeutique des cellules-souches. La présence de cellules-souches dans les tissus périphériques, et en particulier au niveau du myocarde, reste très discutée. Surtout, la plasticité réelle des cellules-souches, c’est-à-dire leur capacité à se différencier en cellules musculaires, neuronales, épithéliales, a été mise en doute après plusieurs rapports montrant qu’elles fusionnaient avec des cellules différenciées au niveau des organes périphériques, sans se différencier elles-mêmes [13, 14]. En ce qui concerne la différenciation endothéliale, les arguments montrant la réalité de la différenciation endothéliale à partir de cellules-souches médullaires semblent solides [15, 16].

Utilisation des cellules-souches adultes en pathologie ischémique : études expérimentales

La plupart des études concerne l’infarctus du myocarde. Il a d’abord été démontré que, dans des modèles animaux, l’infarctus du myocarde mobilise les cellules-souches et ces cellules participent à la réparation tisssulaire, y compris l’angiogenèse [17, 18]. Tomita et al. ont ensuite démontré que des cellules médullaires transplantées dans une cicatrice d’infarctus pouvaient se diférencier en cardiomyocytes et stimuler l’angiogenèse [19, 20]. Davani et al. ont aussi montré que les cellules-souches mésenchymateuses pouvaient induire une angiogenèse, et également améliorer la fonction cardiaque et le remodelage chez le rat [21]. Différentes voies d’administration ont été testées, la plus efficace semblant être l’injection in situ [14, 22].

Récemment, une étude a montré que des cellules-souches obtenues à partir de sang de cordon pouvaient se différencier en cellules endothéliales, après injection dans le muscle adducteur ischémié de souris [23]. Cette étude montrait également une augmentation des cellules musculaires striées dans la zone d’injection.

Utilisation des cellules-souches adultes en clinique humaine

En situation clinique humaine, une mobilisation de progéniteurs endothéliaux a été démontrée au cours de l’ischémie tissulaire, en particulier myocardique, après agression vasculaire ischémique ou autre, et au cours de la microangiopathie thrombotique. Par contre, les facteurs qui pourraient permettre à ces cellules progénitrices de migrer vers les parois vasculaires lésées et de participer à leur régénération sont à peu près inconnus [6].

À ce jour, les seuls essais cliniques publiés l’ont été à partir d’injections de cellules mononucléées de moelle osseuse. Le premier essai a été celui de Strauer et al., qui a inclus 10 patients [24]. Les cellules étaient injectées en intracoronaire 5 à 9 jours après l’infarctus. Il n’y a pas eu de complication et un résultat positif sur le remodelage ventriculaire gauche et la perfusion myocardique était constaté à 3 mois. Des données concordantes ont été publiées par Assmus et al. (essai Topcare-Ami sur 20 patients) [25]. En 2003, une première tentative d’injection de cellules médullaires dans la zone myocardique ischémiée, à l’aide d’un système de repérage électromécanique (Noga), a été rapportée par Tse et al. [26]. Cet essai était le premier à inclure des patients angineux chroniques. Chez les 8 patients traités, un effet positif était constaté sur les symptômes cliniques, la perfusion myocardique et l’épaisseur du myocarde. Enfin Stamm et al. ont réalisé un protocole dans lequel des cellules médullaires étaient injectées durant une procédure chirurgicale de revascularisation myocardique chez 6 patients [27]. L’évaluation de ces essais limités est difficile. Aucun incident n’a été noté au cours de ces procédures, qui ont toutes été réalisées bien entendu avec des cellules médullaires autologues.

Un premier essai d’angiogenèse thérapeutique dans l’ischémie chronique des membres inférieurs a été publié en 2002 par une équipe japonaise [28]. Il a inclus des patients atteints d’ischémie chronique des membres inférieurs (douleurs au repos et/ou ulcères), avec un index de pression systolique inférieur (IPS) à 0,6 et sans possibilité de revascularisation chirurgicale ou endovasculaire. Les diabétiques déséquilibrés étaient exclus. Les critères de jugement étaient une amélioration de l’IPS, de la TcO2, des douleurs au repos. Les patients étaient suivis 24 semaines. Deux études se sont succédé : une étude pilote comparant l’injection de cellules médullaires versus une injection de sérum salé (25 patients inclus) et une étude randomisée comparant l’injection de cellules médullaires et de cellules sanguines (22 patients inclus). La procédure de préparation cellulaire consistait en un prélèvement de 500 mL de moelle osseuse sous anesthésie générale et l’isolement des cellules mononucléées sur gradient de densité. Les cellules, qui étaient constituées à 18 % de cellules CD34+, ont été injectées 3 heures après dans le muscle jumeau (0,75 mL par injection) : 23 et 20 patients ont pu être évalués à 24 semaines. L’analyse angiographique des vaisseaux collatéraux dans la première étude montrait une augmentation franche de la collatéralité dans le groupe traité par injection intramusculaire de cellules médullaires. Dans la deuxième étude, une augmentation était également observée, plus nette après injection de cellules médullaires qu’après injection de cellules sanguines. Une disparition totale des douleurs au repos était également observée chez 22 patients, une amélioration chez 15, un sauvetage d’orteil chez 15 et une amélioration des ulcères chez 6. Les patients améliorés cliniquement étaient répartis également entre les deux études. Aucune réaction locale n’a été observée. Il a été observé une élévation transitoire des CPK. L’examen anatomopathologique réalisé chez un patient décédé de cause cardiaque au cours du suivi a montré une augmentation du ratio cellules endothéliales/cellules musculaires et l’expression d’un marqueur de prolifération (le Ki67) par les cellules endothéliales dans la jambe.

Limitations et enjeux

De façon générale, ces essais sont très préliminaires et plusieurs facteurs limitants sont déjà identifiés, constituant de nouvelles voies de recherche. Il est démontré que plus de 99 % des cellules meurent très vite après l’injection, en raison de l’ischémie locale, d’un manque à la fois d’oxygène et de nutriments, de la présence locale de phénomènes inflammatoires et de radicaux libres dans la zone ischémiée. Les cellules injectées souffrent d’une perte des signaux de survie intercellulaires et ne retrouvent pas facilement d’interactions cellules-matrices.

Le choix des cellules injectées est crucial. L’utilisation des cellules mononucléées de moelle osseuse a l’avantage de permettre l’administration de plusieurs types de cellules progénitrices, puisqu’on ignore encore largement quels types de progéniteurs sont susceptibles de participer à la régénération vasculaire.

En ce qui concerne les essais in vivo, il semble crucial de poursuivre les études expérimentales, d’affiner les indications, de déterminer les « doses » à injecter, d’optimiser les processus d’isolement et de culture cellulaire et d’enregistrer les événements indésirables. Ces différentes étapes sont indispensables avant de passer à des études randomisées et contrôlées sur une plus grande échelle qui, seules, permettront d’évaluer l’intérêt clinique réel de cette approche. Une autre question est de savoir s’il faut se cantonner à l’utilisation de cellules-souches autologues ou explorer des thérapies cellulaires utilisant des cellules allo, voire xénogéniques.

Références

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