MÉDECINE DE DEMAIN Orthopédie et cellules-souches : Un avenir thérapeutique certain, dans le futur Les lésions ou défects osseux et cartilagineux du genou, des chevilles ou des hanches sont fréquentes, et nécessitent souvent, à long terme, la pose d’une prothèse. Ces remplacements articulaires peuvent malheureusement ne donner satisfaction qu’incomplètement (17 % pour les prothèses totales de genou) ou présenter une faillite mécanique ou des signes d’usure à long terme, qui vont nécessiter leur remplacement. Certaines prothèses ont une durée de vie relativement plus limitée que d’autres et leur remplacement peut s’avérer problématique dans certains cas, ce qui est la raison pour laquelle les orthopédistes ne recourent à cette alternative que le plus tard possible, lorsqu’elle reste la seule option envisageable. Globalement, on peut estimer qu’environ 20.000 poses de prothèse de la hanche et 30.000 prothèses du genou sont pratiquées chaque année en Belgique. Vincent Wautier 10 I TEMPO MÉDICAL – AVRIL 2016 – WWW.MEDIPRESS.BE AIN EM D EC D Différentes méthodes de greffe de cellules-souches sont également étudiées depuis plus de vingt ans, afin de permettre par exemple la reconstitution spontanée de cartilage hyalin naturel. Ces méthodes de greffe montrent des perspectives thérapeutiques prometteuses. Ainsi, récemment, une équipe rapportait au Congrès de l’American Academy of Orthopaedic Surgeons (AAOS) des résultats spectaculaires de restitution du cartilage hyalin avec des cellules souches allogéniques, c’est-à-dire d’un donneur non apparenté, en présence de chondrocytes du patient lui-même et d’un support permettant de maintenir les cellules en place. A distance, les cellules d’origine allogénique disparaissent et sont remplacées par les cellules cartilagineuses du patient. D’autres applications dans le traitement des fractures et pertes de substance osseuse chez l’animal ont également été présentées, démontrant la reconstruction osseuse en présence de tissu de granulation induit par un corps étranger et l’implantation d’une matrice et de protéines isolées à partir d’une culture de cellules-souches. Ces résultats précliniques laissent présager de belles perspectives. Les médecins disposent cependant de trop peu d’évidence clinique pour pouvoir remplacer les moyens actuels de traitement par des traitements avec les cellules-souches. Néanmoins, des premières données semblent montrer leur intérêt dans le traitement d’infarctus osseux, sans fracture associée. MÉ Les maladies ostéo-musculaires représentent le plus important groupe de maladies chroniques et la plus grande cause d'invalidité de la population active, et l’ostéoarthrose du genou en est le cas pathologique le plus fréquent. Souvent, le développement dégénératif commence par une blessure au cartilage sur la surface portante du condyle, après un traumatisme ou des lésions méniscales. Cela entraîne des dégénérescences dans le cartilage environnant, indicatives d'arthrose. Malheureusement, le cartilage articulaire montre une capacité très limitée de guérison, car il ne peut se régénérer par lui-même. Les défects du cartilage articulaire du genou ont en effet un très faible potentiel d’autoréparation, à cause de la capacité mitotique réduite des chondrocytes in vivo. De tels défects de cartilage articulaire peuvent être réparés, pour éviter leur progression vers l’arthrose. O FOCUS MP TE I N E DE Les médecins disposent de trop peu d’évidence clinique pour pouvoir remplacer les moyens actuels de traitement par des traitements avec les cellules-souches. L’utilisation de PRP (plasma riche en plaquettes) semble également intéressante, bien qu’il y ait actuellement une vingtaine de façons de le préparer, et qu’il soit encore impossible d’en déterminer avec précision la formulation la plus efficace. De même, il est admis que des injections de cellules-souches ou de PRP, notamment dans le but d’améliorer la cicatrisation de tissus lésés, exercent un rôle anti-inflammatoire, mais recommander leur usage représenterait un coût significatif à charge du patient, comparativement à la simple injection d’un dérivé cortisoné. La thérapie cellulaire et les thérapies biologiques rentrent lentement dans l’arsenal thérapeutique. Elles doivent encore être confinées dans le cadre de protocole de recherche, et nécessitent davantage d’études avec groupe-contrôle pour affirmer leur apport réel. Il reste encore à préciser les maladies pour lesquelles elles seraient le mieux indiquées, établir leurs bénéfices et les risques auxquelles elles exposent. MÉDECINE DE DEMAIN Les techniques de greffe de cellulessouches se développent lentement Des recherches et techniques se développent, principalement depuis une quinzaine d’années, reposant sur la greffe de cellules-souches programmées pour reconstituer des tissus ou des organes spécifiques, et des os, des tendons ou du cartilage. Ces techniques en cours de développement pourraient à l’avenir permettre de réparer bon nombre de lésions, en reposant sur la faculté de pouvoir isoler ces cellules-souches et de savoir les implanter. Une chirurgie prothétique et régénérative des os et du cartilage se développe au départ de différentes techniques de greffe de cellules-souches, exercées soit par arthrotomie, soit sous une arthroscopie nettement moins invasive lorsque l’intervention chirurgicale le permet. Ces techniques de greffe consistent à greffer des cellules-souches sur les zones osseuses, cartilagineuses, tendineuses ou ligamentaires lésées ou endommagées. Selon la technique utilisée, le prélèvement, la sélection des cellules et leur greffe peuvent se dérouler dans un processus en une seule phase continue, ou en plusieurs phases. Recours aux cellules-souches mésenchymateuses Les cellules-souches sont des cellules indifférenciées, capables d’auto-renouvellement et d’auto-différenciation en cellules matures pour assurer la tenue et le renouvellement des organes tissulaires. Les cellules souches mésenchymateuses (CSM) sont des cellules souches tissulaires multipotentes, donnant un nombre limité de types cellulaires différents. Ce sont des cellules-souches d’origines mésodermiques présentes dans divers tissus de l'organisme adulte tels que la moelle osseuse ou le tissu adipeux, dans lesquels elles sont isolées, et qui donnent naissance notamment aux os et cartilages. Il est possible de les prélever de la moelle osseuse autologue aspirée au niveau de la crête iliaque postérieure, ou du tissu graisseux obtenu par lipoaspiration de graisse au-dessus de la crête iliaque externe. Les CSM du tissu graisseux sont environ cent fois plus nombreuses que celles de la moelle osseuse. Elles peuvent être isolées de la couche mononucléaire de la moelle osseuse ou du tissu adipeux après séparation par centrifugation, pour enlever les cellules rouges et hématopoïétiques. Cette centrifugation prend une quinzaine de minutes. Les CSM sont présentes en très faibles quantités chez l'adulte. Le réservoir de CSM dans la moelle osseuse est de 0,01 à 0,001 % des cellules mononuclées. Les techniques de leur utilisation en chirurgie orthopédique évoluent constamment. Malheureusement, le capital en cellules-souches du patient peut être réduit en raison des traitements dont il bénéficie, rendant cette source de nouvelles thérapeutiques moins efficientes (c’est le cas par exemple dans l’ostéonécrose cortisonique où l’on observe une diminution significative des cellules-souches, ce qui expliquerait les résultats mitigés des traitements par cellules souches dans cette indication). Perspectives de régénération des os et des cartilages Le caractère multipotent des CSM favorise leur utilisation en thérapie cellulaire réparatrice dans le cas de pathologies osseuses et articulaires. Sous l’action d’inducteurs spé- Le capital en cellules-souches du patient peut être réduit en raison des traitements dont il bénéficie cifiques ou facteurs de croissance, les CSM sont capables de se différencier en ostéoblaste (os) ou en chondrocytes (cartilage). Les facteurs de croissance sont des protéines produites par les cellules présentes dans le tissu osseux, qui se libèrent localement en cas d'ostéolyse ou de fracture. La greffe de CSM directement sur la lésion arthrosique permet ainsi la réparation ou la reconstitution de tissus non vascularisés et non innervés tels que le cartilage, qui ne peut se réparer naturellement. Après une première période d’apprentissage durant laquelle le traitement se limitait principalement à la greffe de CSM sous arthroscopie dans les cas de genoux à bonne mécanique, la thérapie cellulaire a été étendue expérimentalement à des cas de désaxation avec ostéotomie associée, et depuis peu, à des cas complexes d'ostéotomie avec reconstruction du ligament croisé ou du ménisque. Une première technique de thérapie cellulaire consiste à implanter des CSM en une seule étape, sans culture. Dans la même salle de bloc opératoire, on procède successivement à une anesthésie locale ou générale, au prélèvement de moelle osseuse ou de tissu graisseux et à leur centrifugation, à la préparation des CSM avec des facteurs protéiques stimulant leur croissance et avec du PRP pouvant favoriser la cicatrisation, et à la mise en place des CSM sur une matrice biologique permettant leur transport et l’implantation directe sur la lésion arthrosique pour la repousse de cartilage, après préparation arthroscopique des lésions arthrosiques. La génération de cartilage et d’os s’effectue ensuite par les CSM autologues. Ces CSM sont des cellules multipotentes, quiescentes et inactives, et leur croissance doit être stimulée pour une utilisation en une seule étape. Elles doivent être incitées à se multiplier pour coloniser le défect ostéochondral ou la lésion arthrosique avec perte d’os et de cartilage, et se transformer pour les reconstituer. Elles sont fortement stimulées dans leur multiplication lorsqu’elles sont mixées avec des protéines osseuses particulières, et activées par une matrice osseuse protéique déminéralisée avant leur transplantation ou injection, pour ensuite régénérer les défects ostéo-cartilagineux. TEMPO MÉDICAL – AVRIL 2016 – WWW.MEDIPRESS.BE I 11 MÉDECINE DE DEMAIN Une autre technique de thérapie cellulaire consiste à utiliser les CSM en plusieurs étapes, avec prélèvement et ensuite mise en culture, lors de laquelle il faut éviter soigneusement les risques de manipulation, de contamination bactérienne et d’altération génétique des cellules souches qui sont cultivées avant leur implantation. Jusqu’il y a peu, ces CSM étaient ensuite injectées dans l’articulation non activées, donc sans possibilité de cicatrisation des lésions arthrosiques. Injecter des CSM dans l’articulation sans les transplanter contre la lésion peut créer un risque de destruction de la plupart d’entre elles dans le liquide synovial articulaire. Certaines techniques permettent cependant d’activer ces CSM qui sont ensuite implantées directement contre la lésion arthrosique du genou sous arthroscopie, en utilisant une matrice de transport (ou scaffold) bio-résorbable à base, par exemple d’hydroxyapatite et de collagène. Dans certains cas d’arthrose du genou précoce avec critères d’exclusion de transplantation de cellules souches ou d’arthrose précoce de hanche, des injections intra-articulaires de forte concentration de cellules souches activées peuvent être pratiquées, seules ou en association avec d’autres composants. Dans tous les cas, la quantité de CSM utilisée joue un rôle critique dans le succès de ces interventions chirurgicales. Au stade actuel, on peut considérer qu’il ne s’agit encore que d’opérations cliniques relativement isolées, et peu généralisées. On recense chaque année environ 6.000 réparations chirurgicales du LCA en Belgique, et plus de 450.000 dans le monde. Perspectives de thérapie cellulaire et greffe ligamentaire On observe actuellement une augmentation significative du nombre de blessures des articulations et notamment de lésions du ligament croisé antérieur du genou (LCA). On recense chaque année environ 6.000 réparations chirurgicales du LCA en Belgique, et plus de 450.000 dans le monde. Les tendons et ligaments peuvent faire l’objet de diverses pathologies de gravités très variables. Parmi les lésions les plus fréquentes de ces tissus, on trouve les tendinites qui sont des pathologies touchant les tendons et faisant intervenir un mécanisme inflammatoire, et les entorses qui sont des blessures consistant en une élongation temporaire ou permanente du ligament parfois accompagnée d’un arrachement osseux, ou consistant en une déchirure partielle ou totale du ligament. Si le tissu possède une capacité de cicatrisation suffisante, un processus de guérison spontanée pourra survenir après lésion. Dans le cas de rupture d’un ligament tel que le LCA qui est constitué de zones peu ou non vascularisées, le tissu n’a pas la capacité de cicatriser, et la blessure ne peut pas guérir spontanément. Les greffes autologues sous arthroscopie sont aujourd’hui largement pratiquées pour la réparation du LCA. Elles consistent à prélever chez le patient blessé un tendon ou une portion de tendon dans une autre localisation anatomique et à l’utiliser comme greffon pour remplacer le LCA rompu. Malgré l’efficacité de ces traitements chirurgicaux dont les résultats sont satisfaisants dans 70 à 90 % des cas selon la technique utilisée, certains inconvénients subsistent. 12 I TEMPO MÉDICAL – AVRIL 2016 – WWW.MEDIPRESS.BE MÉDECINE DE DEMAIN LE CHIREC DANS LES THERAPIES CELLULAIRES OSTEOARTICULAIRES Les affections ostéoarticulaires sont un des problèmes majeurs dans nos populations. Les handicaps qu’elles provoquent sont très lourds à porter tant pour les patients – qu’ils soient jeunes et en développement, adultes et impliqués professionnellement, ou plus âgés perdant en tout ou en partie leur autonomie – que pour la société qui assure techniquement et financièrement les soins de santé. Les progrès thérapeutiques accumulés dans ces affections sont importants. La performance de ces soins dépend de l’importance des destructions des tissus (os, cartilages, ligaments, tendons, muscles). Dans les cas majeurs, la chirurgie prothétique, qui a elle aussi fait des progrès, peut fournir des solutions palliatives. Néanmoins, la reconstruction des tissus lésés et la restitution « ad integrum » reste le ‘graal’ recherché, redonnant au patient une fonction ostéoarticulaire complète. Cette médecine dite régénératrice n’est plus une utopie même si elle est encore sujette à diverses recherches. Depuis plus de 50 ans, des processus de régénération ostéoarticulaire ont été identifiés et leurs applications thérapeutiques investiguées et établies. Citons successivement l’ostéo-induction produite par la matrice osseuse déminéralisée, les facteurs de croissance comme les Bone Morphogenetic Protein (BMP), les chondrocytes autologues, les cellules souches mésenchymateuses (MSC) et les thérapies géniques. Les éléments clés de ces traitements réparateurs sont des cellules particulières, des facteurs de croissances, des matrices ou support mécaniques (« scaffold ») et aussi des stimuli mécaniques. Les publications se sont multipliées. Les principaux sujets de ces études sont les défauts de (re)construction osseuse tels que le retard de consolidation osseuse (pseudarthrose, kystes osseux), l’ostéonécrose, les lésions cartilagineuses traumatiques ou dégénératives (arthrose), les lésions méniscales, ligamentaires, tendineuses (ruptures, tendinopathies mécaniques ou dégénératives). L’acquis scientifique montre que ces stratégies thérapeutiques peuvent être efficaces mais aussi que les processus impliqués sont complexes et nécessitent encore la poursuite des recherches tant sur les processus biologiques fondamentaux – le concept de cellule souche ne cesse de se modifier au fil des découvertes – que sur les protocoles thérapeutiques. Néanmoins, ce type de thérapie a déjà franchi le cap des applications cliniques. Dans ce domaine, nous en sommes à la croisée des chemins entre la recherche et l’utilisation « dans la vraie vie », dans la prise en charge de nos patients. TEMPO MÉDICAL – AVRIL 2016 – WWW.MEDIPRESS.BE I 13 MÉDECINE DE DEMAIN Le CHIREC, qui est un des plus importants centres d’Orthopédie de Belgique, a décidé de s’impliquer dans l’application clinique de ces thérapies nouvelles. Hauzeur. Le CCTROA travaille en collaboration étroite, au sein du CHIREC, avec les départements d’imagerie et de biologie, la pharmacie et le comité d’hygiène. Le CHIREC a décidé que ces programmes devraient se développer de façon responsable : proposer au patient les choix thérapeutiques les plus performants mais aussi les mieux validés. C’est pourquoi un comité spécifique a été créé à l’initiative de certains médecins puis validé par la direction générale pour encadrer ces thérapies. Le « Comité CHIREC pour les thérapies régénératrice des affections ostéoarticulaires » (le CCTROA) est composé des chefs de pôles locomoteurs (le docteur Patrick Zygas pour les sites Delta, Edith Cavell et Parc Léopold Basilique, le docteur Bernard Geulette pour le site de Braine l’Alleud, et le docteur Saussez pour les sites SARE = Ste Anne et St Rémi) et de médecins représentant les différents sites. Il a été mis sous la présidence du professeur Jean-Philippe Ces traitements sont dès à présent assurés par 18 praticiens spécialisés dans ces thérapies : orthopédistes, médecins sportifs, radiologues, rhumatologues. Sous l’action d’inducteurs spécifiques, les CSM sont également capables de se différencier en ténocytes qui sont des cellules de tendons et de ligaments, et elles peuvent aider à augmenter significativement la production du collagène nécessaire pour la reconstitution de ligaments et de tendons solides et flexibles. La principale complexité des greffes ligamentaires consiste à utiliser une matrice de régénération qui est tolérée par l’organisme tout en permettant et favorisant la réaction cellulaire appropriée ainsi que la régénération tissulaire, avant d’être ensuite éliminée de l’organisme de manière naturelle. Cette matrice doit également être capable de remplir la fonction du LCA au cours de la reformation des tissus, ce qui implique des spécifications mécaniques bien particulières, tout en permettant aux CSM de la coloniser et d’y reconstituer une structure tissulaire menant à un nouveau ligament. Pour que celui-ci soit fonctionnel, il faut que les CSM greffées possèdent au départ les phénotypes adaptés. Les ligaments et les tendons sont des tissus denses formés d’un réseau cellulaire tridimensionnel de fibroblastes (ligamentocytes et ténocytes), qui contient également Une évaluation permanente des indications et des protocoles thérapeutiques a été mise en place, incluant un suivi spécifique de tous les cas traités, des contrôles de qualité des produits cellulaires utilisés et des séminaires de discussion des pratiques et de la littérature. Le CHIREC veut ainsi participer au développement d’un programme de thérapies nouvelles et prometteuses dans les affections ostéoarticulaires et les mettre à disposition de notre population. en faible quantité des chondrocytes. Ces fibroblastes sont entourés d’une matrice extracellulaire (MEC), dont ils assurent la sécrétion. Ce sont les principales cellules constituant les ligaments et les tendons ainsi que la plupart des autres tissus conjonctifs. Lorsque les CSM sont activées et greffées sur la lésion ligamentaire, elles se différencient et produisent des fibroblastes, qui jouent un rôle important dans le renouvellement de la MEC et des collagènes en sécrétant certaines enzymes, les protéinases, lesquelles dégradent les collagènes qu’il faut remplacer et participent à l’homéostasie du tissu cellulaire. Vingt ans de recherches qui nécessiteront encore beaucoup de patience Il y a actuellement trois catégories de matériaux utilisables pour une matrice de régénération ligamentaire : les matériaux biologiques, les polymères d’origine naturelle et les polymères synthétiques biorésorbables. La matrice, qui joue le rôle de support de régénération, doit être biocompatible et capable d’assurer la fonction mécanique du tissu lorsqu’elle est destinée à être implantée avant la régénération du ligament qui se fait parallèlement à sa propre résorption. Il s’agit d’une prouesse technique et technologique innovante, qui se développe jour après jour et qui influera sur les perspectives de la chirurgie orthopédique, à l’avenir. Les recherches médicales se développent de jour en jour, à tous niveaux. La thérapie cellulaire montre ses avancées dans de nombreux domaines d’application, mais sa validation nécessite des études qui demanderont encore beaucoup de temps, et de patience. Il faut éviter de conclure trop rapidement à des perspectives miraculeuses nées d’une biotechnologie omnipotente, et il faut également bien considérer les besoins d’une médecine dont le coût doit être accessible à tous. Au niveau pratique, la thérapie cellulaire appartient donc davantage au futur qu’au présent, mais il n’en reste que son avenir semble très prometteur. ■ 14 I TEMPO MÉDICAL – AVRIL 2016 – WWW.MEDIPRESS.BE La thérapie cellulaire appartient davantage au futur qu’au présent, mais son avenir semble très prometteur.