Cellules souches pluripotentes : qu’est-ce qui les rend spéciales ?

Les cellules souches pluripotentes peuvent se transformer en n'importe quelle cellule du corps. Ces cellules apparaissent tôt, lors de la formation de l'embryon. Elles ne sont pas encore spécialisées. Cela leur permet de produire tous les types de cellules humaines, comme les neurones, les cellules sanguines et les cellules musculaires. Les scientifiques considèrent les cellules souches pluripotentes comme importantes. Elles peuvent se répliquer indéfiniment. Cela ouvre de nombreuses perspectives pour la recherche et la médecine. Les cellules souches pluripotentes induites ont été une découverte majeure. Elles contribuent à la modélisation des maladies, aux tests de médicaments et à la mise au point de nouveaux traitements. Cela montre à quel point elles peuvent aider les gens.

Cellules souches pluripotentes

Définition

Cellules souches pluripotentes On les trouve très tôt dans l'embryon. Elles proviennent de la masse cellulaire interne d'un blastocyste, un embryon très jeune. Ces cellules n'ont pas encore évolué vers un type spécifique. Elles peuvent se transformer en presque n'importe quelle cellule du corps, comme les cellules nerveuses, musculaires ou hépatiques. Le NIH les qualifie de pluripotentes. cellules souches Les cellules souches pluripotentes peuvent produire tous les types de cellules d'un adulte. Cela inclut les cellules des trois couches germinales principales : l'ectoderme, le mésoderme et l'endoderme. Ces couches contribuent à la formation de tous les tissus et organes. Les cellules souches pluripotentes peuvent également produire des cellules germinales, nécessaires à la reproduction. Les scientifiques les appellent « cellules souches véritables » en raison de leurs nombreuses capacités.

Caractéristiques uniques

Pluripotent cellule soucheLes cellules possèdent des caractéristiques particulières qui les distinguent des autres cellules. Premièrement, elles peuvent s'auto-renouveler. Cela signifie qu'elles peuvent se répliquer pendant longtemps sans se modifier. Deuxièmement, elles peuvent passer par la différenciationCela leur permet de se transformer en n'importe quelle cellule des trois feuillets germinaux. Ces capacités les rendent très utiles pour la recherche et la médecine.

Leurs caractéristiques spécifiques proviennent de certaines molécules présentes dans les cellules, notamment des facteurs de transcription comme Oct4, Sox2 et Nanog. Ces molécules aident les cellules à rester des cellules souches et à contrôler leur transformation en d'autres types. Les scientifiques utilisent des tests pour déterminer si une cellule est réellement pluripotente. Ils recherchent des marqueurs spécifiques à la surface cellulaire. Ils vérifient également en laboratoire si les cellules peuvent produire les trois feuillets germinatifs. Parfois, ils vérifient si les cellules peuvent former des tératomes, des excroissances présentant de nombreux types de tissus, lorsqu'elles sont implantées chez la souris. Ces tests permettent de démontrer les caractéristiques spécifiques des cellules souches pluripotentes.

Caractéristiques principales

Auto-renouvellement

Les cellules souches pluripotentes peuvent se répliquer. Elles se divisent plusieurs fois et restent identiques. Ces cellules conservent leurs caractéristiques spécifiques après la division. De nombreux facteurs contribuent à cette capacité. Les signaux externes, les facteurs de transcription et les régulateurs du cycle cellulaire sont importants. Les microARN et les gènes qui assurent la sécurité des chromosomes jouent également un rôle. La méthylation de l'ADN contrôle l'activation ou la désactivation des gènes. Un bon équilibre des signaux est nécessaire à la survie et à la croissance. Myc est un facteur de transcription clé. L'histone H3.3 est un régulateur épigénétique. Tous deux contribuent au contrôle de l'activité des gènes. Myc contribue au bon fonctionnement des cellules souches et à la production de cellules souches pluripotentes induites. Mais si Myc n'est pas contrôlé, il peut provoquer des tumeurs. Les scientifiques continuent d'étudier ces facteurs pour améliorer la compréhension. traitements par cellules souches plus sûr.

Différenciation

La différenciation signifie que les cellules souches pluripotentes se transforment en cellules spécifiques. Elles peuvent se transformer en n'importe quelle cellule des trois feuillets germinaux. Cela les rend très utiles en science et en médecine. Des scientifiques ont démontré que les cellules souches embryonnaires humaines peuvent produire les trois feuillets germinaux. Par exemple, certaines études utilisent l'expression pangénomique et le ChIP-seq. Ces études montrent comment des facteurs de transcription comme NANOG, OCT4 et SOX2 guident la différenciation. Ces facteurs contrôlent des gènes comme EOMES. EOMES initie le processus de différenciation des cellules endodermiques. EOMES travaille avec SMAD2/3 pour activer le réseau des cellules endodermiques.

Les laboratoires utilisent différentes étapes pour guider la différenciation. Ils commencent avec de bonnes cellules souches pluripotentes. Ils enrobent les plaques, fragmentent les colonies cellulaires et utilisent des milieux spéciaux contenant des inhibiteurs. Les scientifiques observent les cellules avant et après leur transformation. La différenciation dirigée utilise des cytokines, des milieux et des matrices pour créer certains types cellulaires. Des étapes de purification, comme le tri par marqueurs de surface, permettent d'obtenir des cellules pures. Certaines étapes sont faciles et efficaces pour les cellules neurales. D'autres, comme pour cellules cardiaques ou hépatiques, sont plus difficiles et nécessitent davantage de travail. Les experts collaborent pour améliorer ces méthodes. Comprendre le fonctionnement de la différenciation reste essentiel dans la recherche sur les cellules souches.

Facteurs de transcription

Les facteurs de transcription sont des protéines qui activent ou désactivent les gènes. Dans les cellules souches pluripotentes, certains facteurs de transcription sont nécessaires au maintien de leurs caractéristiques. Oct4, Sox2, c-Myc et Klf4 peuvent modifier l'état épigénétique de la cellule. Ils remplacent les marques d'histones répressives par des marques actives, rendant ainsi la cellule pluripotente. Des enzymes comme les histones déméthylases et les méthyltransférases contribuent à ces changements. Des criblages par interférence ARN ont révélé qu'Esrrb et Tbx3 sont nécessaires à l'auto-renouvellement. Si ces facteurs sont bloqués, les cellules commencent à se modifier. Nanog peut stopper ce processus et maintenir les cellules indifférenciées. D'autres facteurs importants sont Nac1 et Zfp281. Ils interagissent avec Nanog pour favoriser l'auto-renouvellement.

Ces facteurs de transcription fonctionnent ensemble en réseau. Ils contrôlent les gènes actifs. Ils maintiennent les cellules indifférenciées. Ils contribuent également à la transformation de cellules normales en cellules souches pluripotentes induites. Leur collaboration assure la stabilité des caractéristiques des cellules souches.

Note: Les scientifiques utilisent de nombreuses méthodes pour vérifier la pluripotence d'une cellule. Ils examinent sa forme et sa structure au microscope. Ils utilisent l'immunophénotypage et la cytométrie de flux pour identifier des marqueurs tels que NANOG, OCT4, SSEA3/4 et TRA-1-60/81. Des tests génétiques comme la qRT-PCR permettent de détecter des gènes importants. Les tests génétiques recherchent des chromosomes stables. Des tests fonctionnels, comme la formation de corps embryoïdes et la différenciation dirigée, montrent si les cellules peuvent se transformer en différents types. La cytométrie de flux est un moyen efficace de détecter des marqueurs de pluripotence. L'utilisation de tous ces tests permet d'obtenir une vision complète de la qualité et de la sécurité des cellules souches.

Comparaison avec d'autres cellules souches

Totipotent

Les cellules souches totipotentes sont au sommet de la famille des cellules souches. Ces cellules apparaissent immédiatement après la fusion d'un ovule et d'un spermatozoïde. On les trouve dans le zygote et les premiers blastomères. Les cellules totipotentes peuvent fabriquer toutes les cellules de l'organisme. Elles fabriquent également des tissus supplémentaires comme le placenta et le sac vitellin. Cela les distingue des autres cellules souches. Les cellules totipotentes et pluripotentes utilisent toutes deux des facteurs de transcription importants, notamment Oct4, Sox2 et Nanog. Cependant, les cellules totipotentes possèdent des marqueurs spécifiques comme Zscan4 et Eomes. Leur chromatine est plus ouverte, ce qui signifie que leur ADN est plus facilement exploitable par les gènes.

Lorsque des cellules totipotentes deviennent pluripotentes, leurs gènes changent également. Certains gènes s'éteignent et d'autres s'activent lors de cette transition.

Multipotent

Multipotent les cellules souches peuvent Les cellules souches multipotentes ne deviennent que quelques types de cellules. Elles n'ont pas autant de choix que les cellules pluripotentes ou totipotentes. Les cellules souches multipotentes sont présentes chez l'adulte. Les cellules souches hématopoïétiques et les cellules souches neurales en sont deux exemples principaux. Les cellules souches hématopoïétiques produisent toutes les cellules sanguines. Les cellules souches neurales produisent les principales cellules du cerveau et des nerfs. Les cellules souches multipotentes contribuent à la réparation et au maintien de la santé des tissus.

Les cellules souches multipotentes sont les plus courantes chez les adultes. Les scientifiques utilisent les cellules souches hématopoïétiques pour traiter les problèmes sanguins. Les cellules souches neurales contribuent à la réparation du système nerveux. Ces cellules souches adultes assurent le bon fonctionnement des tissus tout au long du vieillissement.

Unipotent

Les cellules souches unipotentes ne peuvent produire qu'un seul type de cellule. Par exemple, elles peuvent ne produire que des cellules cutanées ou musculaires. Ces cellules vivent dans les tissus adultes et contribuent au remplacement des cellules âgées ou endommagées. Elles ne peuvent pas se transformer en d'autres types de cellules. Elles restent néanmoins importantes pour la santé des tissus. Les cellules souches pluripotentes peuvent se transformer en n'importe quelle cellule de l'organisme. Elles montrent comment l'organisme utilise différentes cellules souches pour différentes fonctions. Lorsque les cellules passent de totipotentes à pluripotentes, puis à multipotentes et unipotentes, elles perdent certaines de leurs capacités. Les cellules souches adultes, comme les multipotentes et les unipotentes, aident les tissus en produisant de nouvelles cellules lorsque cela est nécessaire.

Remarque : Les scientifiques étudient tous ces types de cellules souches pour comprendre comment l’organisme se développe et guérit. Chaque type a une fonction spécifique dans l’organisme et en médecine. Connaître les différences permet aux chercheurs de choisir la cellule souche la plus adaptée à chaque traitement.

Types de cellules souches pluripotentes

cellules souches embryonnaires

cellules souches embryonnaires Elles proviennent de l'intérieur des blastocystes. Les scientifiques ont découvert ces cellules pour la première fois dans des embryons de souris en 1981. En 1998, ils ont créé les premières lignées de cellules souches embryonnaires humaines. Ces cellules peuvent se transformer en presque n'importe quelle cellule du corps. Elles constituent le meilleur exemple de pluripotence.

Les chercheurs utilisent différentes méthodes pour obtenir des cellules souches embryonnaires :

• La dissection mécanique utilise des outils pour extraire la masse cellulaire interne. Cette méthode n'utilise pas de produits animaux, mais prend plus de temps.
• La dissection laser utilise un laser pour découper la masse cellulaire interne. C'est une méthode très précise, mais coûteuse.
• L'immunochirurgie utilise des anticorps et du sérum animal pour éliminer les cellules excédentaires. Cette méthode n'est pas adaptée aux cliniques, car elle utilise des produits d'origine animale.

Après avoir obtenu les cellules, les scientifiques les cultivent sur des couches nourricières ou des surfaces spéciales. Cela les empêche de se modifier. L'utilisation de ces cellules est soumise à des règles strictes. Les donneurs doivent donner leur consentement et des comités d'éthique doivent examiner la recherche. La loi interdit la vente d'ovules ou d'embryons humains à des fins de recherche. Certains États autorisent ces recherches, d'autres non. Des comités veillent au respect de toutes les règles.

Les cellules souches embryonnaires suscitent des débats en raison du statut de l'embryon et de la nécessité de trouver d'autres options. Certains s'inquiètent de la création d'embryons uniquement à des fins de recherche. D'autres pensent que cette recherche est bénéfique pour la médecine.

Cellules souches pluripotentes induites

Cellules souches pluripotentes induites sont produits par la transformation de cellules adultes. Les scientifiques utilisent des protéines spécifiques comme Oct4, Sox2, c-Myc et Klf4 pour y parvenir. Ils utilisent différents moyens, comme des virus, l'administration de protéines ou des produits chimiques. Par exemple, l'ajout de la protéine Lin28-30Kc19 aux cellules cutanées produit 1,5 fois plus de colonies pluripotentes en une semaine. Cela améliore le processus.

Les cellules souches pluripotentes induites pourraient contribuer à la médecine personnalisée. Les médecins peuvent utiliser les propres cellules d'une personne pour fabriquer de nouveaux tissus. Cependant, ces cellules pourraient présenter davantage de problèmes génétiques que les cellules souches embryonnaires. Elles pourraient conserver certaines caractéristiques de la cellule adulte d'origine. Les scientifiques s'efforcent de rendre les cellules souches pluripotentes induites plus sûres et plus efficaces pour les patients.

cellules germinales embryonnaires

Les cellules germinales embryonnaires proviennent des cellules germinales primordiales. Ces cellules apparaissent tôt et deviennent plus tard des spermatozoïdes ou des ovules. Elles ressemblent beaucoup aux cellules souches embryonnaires car elles sont pluripotentes. Cependant, elles présentent des schémas épigénétiques particuliers en raison de leur origine. Les cellules germinales effacent de nombreuses marques d'ADN, ce qui modifie leur potentiel.

Les cellules germinales embryonnaires et les cellules souches embryonnaires peuvent se transformer en de nombreux types cellulaires. Les scientifiques étudient ces cellules pour comprendre le développement de l'organisme et les maladies. Les cellules germinales sont également importantes car elles transmettent les gènes à la génération suivante.

Applications

Recherche

Les cellules souches pluripotentes sont largement utilisées en recherche. Les scientifiques les utilisent pour étudier les maladies et leur origine. Les cellules souches pluripotentes induites (CSPI) peuvent se transformer en de nombreux types de cellules pour ces études. Cela permet de créer des modèles illustrant le fonctionnement de maladies réelles. Ces modèles permettent aux scientifiques de tester de nouveaux médicaments. Les chercheurs peuvent ainsi étudier les maladies génétiques, comme les problèmes cardiaques innés. Les CSPI possèdent les mêmes gènes que le patient, ce qui permet aux scientifiques de comprendre le fonctionnement des maladies. Les modèles animaux ne se comportent pas toujours comme les humains. Les CSPI permettent de résoudre ce problème. Elles peuvent se multiplier en grandes quantités, ce qui facilite les tests. Grâce à des cultures 3D et à des protéines spécifiques, les scientifiques peuvent faire en sorte que les cellules se comportent comme de vrais tissus. Ces utilisations contribuent à la médecine personnalisée et à la thérapie génique. Les cellules souches pluripotentes sont prometteuses pour de nouveaux traitements.

• Les iPSC aident à modéliser des maladies comme les arythmies et d’autres problèmes héréditaires.
• Ils ont laissé les scientifiques tester des médicaments sur des cellules qui agissent comme des cellules humaines.
• Les iPSC sont utilisées pour voir comment les cellules réagissent à différents traitements.

Médecine

Les cellules souches pluripotentes sont importantes En médecine régénérative, elles peuvent se transformer en n'importe quel type de cellule du corps. Cela permet de réparer ou de remplacer les tissus endommagés. Les médecins les utilisent pour soigner le cœur, les yeux et les nerfs. Les cellules souches embryonnaires pluripotentes induites (CSPI) proviennent du patient, ce qui permet à l'organisme de ne pas les rejeter. De nouvelles méthodes, comme la reprogrammation non virale, rendent ces cellules plus sûres. Les outils de bio-ingénierie permettent de cultiver des tissus pour les greffes. La bio-impression et les biomatériaux permettent de fabriquer des tissus et des organoïdes 3D. Ces nouvelles méthodes aident à réparer les tissus dans de nombreux cas de problèmes de santé.

Les cellules souches pluripotentes pourraient être utiles à de nombreux professionnels de la santé. Elles peuvent réparer les tissus plus efficacement que les cellules souches adultes. Ces utilisations démontrent l'utilité de la thérapie par cellules souches.

Risques

Les cellules souches pluripotentes présentent également des risques. L'un des principaux est la formation de tératomes. Si certaines cellules ne se modifient pas, elles peuvent former des tumeurs après la greffe. Même 10 000 cellules indifférenciées peuvent provoquer des tumeurs musculaires. Plus il y a de cellules, plus les tumeurs sont grosses. Des tests sensibles permettent de détecter ces cellules avant leur utilisation. Les scientifiques utilisent de nombreuses méthodes pour réduire ces risques :

• Les systèmes de transfert de gènes non intégrateurs aident à éviter les modifications génétiques nuisibles.
• La reprogrammation chimique rend le processus plus sûr.
• Seules des cellules sûres et entièrement modifiées sont utilisées pour les transplantations.
• Les gènes suicides peuvent détruire les cellules tumorales si nécessaire.
• Des médicaments spéciaux peuvent éliminer les cellules indifférenciées.
• Un prétraitement avec des produits chimiques peut réduire le risque de cancer.
• Les tests sur les animaux permettent de détecter d’éventuelles tumeurs avant d’utiliser ce produit sur l’homme.

Ces mesures contribuent à rendre les traitements par cellules souches plus sûrs. Elles améliorent également la réparation et la régénération des tissus.

Les cellules souches pluripotentes sont très utiles pour la science et la médecine. Elles peuvent se transformer en presque n'importe quelle cellule du corps. Elles sont donc utiles pour étudier les maladies, tester de nouveaux médicaments et réparer les tissus endommagés. La découverte des cellules souches pluripotentes induites par Shinya Yamanaka a révolutionné la recherche. Les scientifiques ont commencé à chercher des moyens d'utiliser ces cellules pour chaque patient. Ils espèrent également les utiliser pour développer de nouveaux organes. Les études se concentrent désormais sur la réparation du cœur, du foie et du cerveau. les essais cliniques semblent prometteurs Pour des maladies comme la maladie de Parkinson. De plus en plus d'entreprises à travers le monde travaillent avec ces cellules. Le marché connaît une croissance rapide, car on y voit de nombreuses nouvelles utilisations et de grandes perspectives de découvertes.

Les scientifiques pensent que si la recherche se poursuit, les cellules souches pluripotentes contribueront à guérir et à réparer l'organisme de nouvelles façons. Cela donne de l'espoir aux personnes atteintes de nombreuses maladies.

FAQ

Les cellules souches pluripotentes peuvent-elles guérir des maladies ?

Les scientifiques utilisent les cellules souches pluripotentes pour comprendre les maladies. Ils les utilisent également pour tester de nouveaux traitements. Ces cellules pourraient contribuer à la réparation des tissus à l'avenir. Certaines études préliminaires semblent prometteuses, mais des recherches supplémentaires sont nécessaires avant que la plupart des traitements soient prêts.

Existe-t-il des risques liés à l’utilisation de cellules souches pluripotentes ?

Oui, il existe certains risques. Les cellules souches pluripotentes peuvent former des tumeurs appelées tératomes si elles ne se transforment pas complètement. Les scientifiques utilisent des tests spécifiques et des mesures de sécurité pour réduire ce risque avant d'administrer ces cellules à des patients.

Comment les scientifiques testent-ils si une cellule est pluripotente ?

Les scientifiques recherchent des marqueurs spécifiques à l'extérieur de la cellule. Ils vérifient également en laboratoire si les cellules peuvent produire les trois feuillets germinatifs. Parfois, ils utilisent des animaux pour voir si les cellules peuvent produire de nombreux types de tissus.

D’où viennent les cellules souches pluripotentes ?