Différenciation de cellules souches

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DIFFÉRENCIATION 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 (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.

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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 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-

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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
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.