Qu`est-ce que la différenciation de cellules souches?

Feuille de renseignements : les cellules souches
Droit d’auteur Parlons sciences © 2011
Développé en collaboration avec le Réseau de cellules souches
IFFÉRENCIATION DE CELLULES SOUCHES
Qu’est-ce que la différenciation de cellules souches?
Génération de cellules spécialisées à partir de cellules souches
Les scientifiques et les docteurs sont excités au sujet du potentiel qu’ont les cellules souches de
révolutionner la médecine. Les cellules souches sont prometteuses, car elles ont la capacité de se
transformer d’une cellule non spécialisée en une cellule spécialisée comme une cellule nerveuse, une
cellule musculaire ou une cellule osseuse. À l’heure actuelle, les médecins n’ont pas accès à une source
renouvelable de tissus pouvant servir aux greffes pour réparer du tissu endommagé ou détruit. Les
cellules souches pourraient servir comme source de tissus pour des thérapies de greffe. Par exemple,
les cellules pancréatiques qui sécrètent de l’insuline, créées à partir de cellules souches, ont le
potentiel de traiter le diabète. Ces cellules pancréatiques dérivées de cellules souches pourraient
remplacer les cellules dysfonctionnelles du pancréas, permettant ainsi à un patient d’ajuster son taux
de sucre dans le sang.
Les cellules souches pourraient aussi servir à fabriquer des types de cellules spécifiques pour étudier
les maladies chez les humains en laboratoire. Par exemple, dans la maladie de Parkinson, les neurones
du cerveau meurent, ce qui occasionne des anomalies motrices et des malformations cérébrales. Mais
la raison pour laquelle ces neurones meurent est inconnue. Les scientifiques ne peuvent pas accéder
facilement aux neurones chez les patients atteints de la maladie de Parkinson, donc ils tentent de
fabriquer des neurones directement de cellules souches, en laboratoire. Les scientifiques utilisent
maintenant ces neurones faits à partir de cellules souches de patients atteints de la maladie de
Parkinson pour rechercher les causes de cette maladie.
Afin d’utiliser des cellules souches pour traiter la maladie ou à titre d’outils de recherche pour étudier
la maladie, les scientifiques doivent être en mesure de différencier des cellules souches en cellules
spécialisées totalement fonctionnelles. La différenciation est le processus où une cellule non
spécialisée acquiert des traits cellulaires qui lui permettent d’accomplir des fonctions spécialisées. Les
scientifiques sont en train de travailler sur des méthodes pour différencier de façon efficace les cellules
souches en cellules spécialisées fonctionnelles.
Comment les cellules souches se différencient-elles pendant le
développement embryonnaire?
La meilleure façon de différencier les cellules souches est de mettre en application ce que les
biologistes du développement ont appris au sujet du développement embryonnaire. Pendant le
développement, les cellules de l’embryon prennent un certain nombre de décisions quant au sort de la
cellule, ce qui occasionne une potentialité diminuée et qui finit par produire des cellules spécialisées
D

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(voir la feuille de renseignements sur les cellules souches et les types de cellules
souches). Les cellules de l’embryon prennent des décisions quant au sort de la
cellule en fonction d’un nombre de signaux chimiques et physiques qui sont produits
dans l’embryon, notamment les sécrétions chimiques provenant des cellules
avoisinantes, la communication directe avec les cellules avoisinantes par contact cellule
contre cellule ou la contrainte mécanique causée par des mouvements de l’embryon pendant
son développement. Tous ces processus activent la signalisation qui mène en fin de compte aux
changements dans l’activité génique, ce qui détermine la différenciation cellulaire. Les biologistes
spécialisés dans l'étude sur les cellules souches tentent de pousser les cellules souches à se différencier
dans des types de cellules souches spécialisées en recréant un environnement embryonnaire dans une
boîte de Petri.
Comment les scientifiques font-ils pour différencier des cellules souches
dans une boîte de Petri?
Pour reproduire le développement embryonnaire dans une boîte de Petri, les cellules souches sont
exposées à des signaux chimiques ou physiques qui provoqueront la différenciation cellulaire,
notamment ce qui suit :
 Facteurs de croissance : Des molécules de signalisation qui provoquent la différenciation
cellulaire peuvent être ajoutées au milieu de culture des cellules souches pour transformer les
cellules souches en types de cellules spécialisées.
 Substrat de culture cellulaire : On peut cultiver des cellules souches sur des protéines de
matrice extracellulaire (des protéines qui sont sécrétées par des cellules dans l’espace
extracellulaire) pour provoquer la différenciation.
 Environnements de co-culture : Les cellules produisent des molécules de signalisation
auxquelles les cellules avoisinantes peuvent répondre. Les cellules souches peuvent être
cultivées avec d’autres cellules qui produisent des facteurs de croissance qui provoqueront la
différenciation.
 Culture tridimensionnelle : On peut cultiver les cellules souches en agrégats tridimensionnels
(amas sphériques de cellules) appelés « corps embryoïdes » pour créer une stimulation
mécanique et un contact avec les cellules. Les corps embryoïdes simulent un processus de
développement précoce que l’on appelle la « gastrulation », soit un processus qui établit les
trois feuillets embryonnaires primaires.
 Inhibition de signaux : En plus de fournir des signaux d’activation dans le but de provoquer la
différenciation cellulaire, les signaux qui provoquent la différenciation de cellules souches en
des types de cellules qui diffèrent du type de cellules d’intérêt peuvent être inhibés. On peut y
arriver en utilisant des facteurs de croissance inhibiteurs.
La production de cellules pancréatiques à partir de cellules souches pluripotentes est un exemple de
différenciation de cellules souches achevée à l’aide des outils susmentionnés. Pour produire des
cellules pancréatiques, on fait la culture de cellules souches en tant que corps embryoïdes de concours

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avec certains facteurs de croissance provoquant le développement d’un
pancréas. Après quelques jours de culture tridimensionnelle, on divise les cellules
en cellules individuelles, puis on en fait la culture dans un milieu bidimensionnel avec
un autre ensemble de facteurs de croissance qui mèneront la différenciation à des
cellules pancréatiques matures.
Comment les scientifiques font-ils pour déterminer si les cellules
souches se sont différenciées en un type de cellules spécialisées?
Preuve scientifique des cellules différenciées
Avant qu’un scientifique puisse revendiquer qu’une cellule souche s’est différenciée en cellule
spécialisée, certains critères doivent avoir été respectés afin de prouver qu’une cellule souche s’est
transformée en cellule spécialisée fonctionnelle :
 Apparence : la cellule différenciée RESSEMBLE-T-ELLE au type de cellule cible?
La combinaison unique de gènes qui sont éteints ou allumés détermine les caractéristiques d’un
type de cellule unique. Les scientifiques peuvent utiliser certaines techniques en laboratoire
pour déterminer quels gènes sont allumés et lesquels sont éteints dans une cellule. Par
exemple, est-ce que le neurone qui a été créé à partir d’une cellule souche a les mêmes
ensembles de gènes éteints et allumés qu’un neurone du cerveau? La forme des cellules est
aussi unique et dépend de la fonction de chacune dans le corps. Les neurones sont munis de
longues projections minces qui servent à émettre des signaux partout dans le corps. Les
scientifiques utilisent des techniques d’imagerie pour déterminer si un neurone fait d’une
cellule souche a le même genre de longue projection mince qu’un neurone du cerveau.
 Comportement : la cellule différenciée SE COMPORTE-ELLE comme le type de cellule cible?
Les cellules spécialisées accomplissent des fonctions spécialisées dans le corps. Par exemple, les
cellules du muscle cardiaque se contractent et relâchent pour faire circuler le sang dans le
corps. En laboratoire, on peut effectuer de nombreuses expériences pour vérifier si une cellule
différenciée peut accomplir une fonction d’une cellule spécialisée. Les scientifiques peuvent
voir des cellules cardiaques créées de cellules souches battre (se contracter et relâcher) dans la
boîte de Petri sous le microscope (en fait, vous pouvez aussi voir des cellules cardiaques battre
sur YouTube). Dans le corps, les cellules du muscle cardiaque répondent à des signaux
électriques pour savoir quand se contracter. On peut tester, en laboratoire, la capacité des
cellules cardiaques à répondre à des signaux électriques.
 Sécurité : peut-on utiliser les cellules différenciées SANS DANGER dans les thérapies de
greffe?
Si on prévoit de se servir des cellules spécialisées provenant de cellules souches pour traiter des
maladies chez les humains, elles devront être totalement différenciées, c’est-à-dire qu’elles
devront avoir perdu leur capacité d’engendrer tout autre type de cellule. Quand des cellules
souches indifférenciées sont greffées sur une souris, les cellules forment une tumeur appelée
tératome. Ces tératomes sont un amas fait de divers types de cellules. Après la différenciation

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des cellules souches, les scientifiques doivent s’assurer que les cellules
souches ont perdu leur capacité de former des tératomes avant de les
greffer sur des patients.