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Cette conférence est basée sur une revue récente.

La charge croissante du diabète dans le monde est bien connue, et les effets sur les coûts des soins de santé et dans la souffrance humaine, la morbidité et la mortalité seront principalement ressentis dans les nations en développement, y compris l’Inde, la Chine et les pays d’Afrique. De nouveaux médicaments sont développés à un rythme rapide, et ces dernières années ont vu l’apparition de plusieurs nouvelles classes de composés pour le traitement du diabète, par exemple les mimétiques du glucagon-like peptide (GLP-1), les inhibiteurs de la dipeptidyl-peptidase-4 (DPP-4), les inhibiteurs du transporteur de glucose sodique-2 (SGLT2). De nouveaux traitements chirurgicaux sont également de plus en plus disponibles et préconisés comme des thérapies efficaces contre le diabète. La chirurgie de restriction gastrique, le pontage gastrique, la transplantation simultanée pancréas-rein, la transplantation de pancréas et d’îlots de Langerhans ont tous été introduits ces dernières années. Pour éviter le traumatisme d’une opération majeure, de nombreuses études ont été menées sur la transplantation d’îlots isolés prélevés sur un pancréas cadavérique. Le « protocole d’Edmonton » décrit par Shapiro et ses collègues dans le New England Journal en 2000 a constitué un encouragement. Les îlots étaient injectés dans la veine porte et les patients, notamment ceux souffrant d’une dangereuse inconscience hypoglycémique, étaient traités avant qu’ils n’aient développé de graves complications du diabète, en particulier des complications rénales. Si les premiers résultats étaient prometteurs, puisque 70 % des patients ne nécessitaient aucune injection d’insuline au bout de deux ans, au bout de cinq ans, l’état de la plupart de ces patients s’était détérioré et ils devaient recevoir des suppléments d’insuline, bien que certains aient reçu plus d’une greffe d’îlots. Dans les séries de patients plus récentes, le groupe d’Edmonton a rapporté de meilleurs résultats à long terme avec l’utilisation de l’anticorps anti-lymphocyte monoclonal, Campath 1H donné comme agent d’induction, 45% des patients étant indépendants de l’insuline à cinq ans, et 75% avaient un peptide C détectable.

Cependant, le pancréas cadavérique et les îlots sont en compétition pour la même source et sont limités en nombre, et donc, aucun des deux traitements ne pourrait être facilement proposé à la grande majorité des patients diabétiques. Certains ont tenté d’utiliser une source alternative, par exemple des îlots encapsulés provenant de porcs néonatals ou adultes. Ceci est encore très expérimental et sera une alternative lointaine avec de nombreux obstacles techniques et éventuellement éthiques à surmonter.

Plus récemment, avec les succès dans le développement de cellules souches adultes pluripotentes (de Yamanaka, récompensé par le prix Nobel de médecine 2012 pour le développement de cellules souches pluripotentes induites – iPSC), de nouvelles approches pour rechercher une méthode qui pourrait être plus accessible et disponible ont été tentées. La recherche sur les cellules souches embryonnaires (CSE) a suscité beaucoup d’espoir au départ, car ces cellules peuvent être persuadées de se multiplier et de se développer en n’importe quel tissu, mais le processus est coûteux et le problème de la formation de tératomes à partir de ces cellules souches s’est avéré extrêmement difficile à surmonter. De nombreux facteurs importants liés au développement du fœtus ne sont pas compris et ne peuvent être reproduits. Cependant, certains progrès ont été réalisés et (occasionnellement) des cellules ont été persuadées de sécréter de l’insuline, mais jusqu’à présent, les applications thérapeutiques ont été très minimes.

Les scientifiques sont maintenant conscients que persuader une cellule de produire de l’insuline n’est qu’une étape de ce qui peut être un voyage long et difficile. Les cellules des îlots de Langerhans sont hautement spécialisées pour avoir non seulement une libération basale d’insuline mais aussi pour répondre rapidement aux changements de concentration de glucose dans le sang. Avec l’insuline, le processus et la régulation de l’arrêt de la sécrétion sont aussi importants que la mise en route de la sécrétion.

Une variété d’approches a été faite avec différents points de départ. La cellule souche se reproduit et peut alors également se diviser de manière asymétrique et former un autre type de cellule : C’est ce qu’on appelle la différenciation. Bien que l’on ait pensé au départ qu’elles ne pouvaient provenir que d’embryons, les cellules souches non embryonnaires peuvent désormais être obtenues sans trop de difficultés à partir de tissus néonataux, du cordon ombilical et également de divers tissus adultes, notamment la moelle osseuse, la peau et la graisse. Ces cellules souches peuvent être expansées et différenciées, mais leur répertoire est restreint par rapport à celui des cellules souches embryonnaires : oligo- ou pluri-, par opposition aux cellules souches embryonnaires toti-potentes. Plus encore, récemment, on s’est beaucoup intéressé au processus de trans-différenciation cellulaire directe, dans lequel une cellule engagée et entièrement différenciée, par exemple une cellule hépatique, est changée directement en un autre type de cellule, par exemple une cellule bêta d’îlot, sans induction de dé-différenciation pour revenir à un stade de cellule souche.

Yamanaka, en 2006, a pu produire des cellules souches pluripotentes à partir de cultures de fibroblastes néonataux et adultes de souris en ajoutant un cocktail de quatre facteurs définis. Cela a conduit à une série d’autres études développant le processus, qui s’est avéré reproductible avec des tissus humains ainsi que des souris de laboratoire. L’utilisation des cellules iPS a permis d’éviter les contraintes éthiques liées à l’utilisation d’embryons humains, mais d’autres problèmes et obstacles subsistent. Selon des rapports émergents, les cellules iPS deviennent antigéniques pour un hôte autologue ou isologue, et les cellules peuvent accumuler des anomalies de l’ADN et même conserver la mémoire épigénétique du type de cellule d’origine et donc avoir tendance à revenir en arrière. Comme les cellules souches embryonnaires, les cellules iPS peuvent former des tératomes, surtout si la différenciation n’est pas complète.

Malgré cela, on a très peu réussi à diriger la différenciation des iPSC pour former des cellules bêta d’îlots en quantité suffisante qui sécrèteront et arrêteront la sécrétion en réponse aux changements de la glycémie.

Une autre approche qui a été essayée est de combiner la thérapie génique avec les cellules souches. Certains progrès ont été réalisés en essayant d’exprimer le gène de l’insuline désiré dans des cellules indifférenciées plus primitives en amadouant les cellules souches avec des facteurs de différenciation in vitro, puis par transfection directe du gène en utilisant des plasmides ou un vecteur viral. Nous, et d’autres, avons utilisé une construction du gène de l’insuline humaine et l’avons introduit ex vivo ou in vivo dans des cellules par électroporation directe (dans des cellules ex vivo évidemment) ou par des vecteurs viraux. L’adénovirus, le virus adéno-associé et divers rétrovirus ont été les plus étudiés, notamment le Lentivirus. Cependant, tout type de génie génétique suscite des craintes non seulement d’infection par le virus mais aussi de démasquage d’onco-gènes, conduisant à une malignité, et il existe des réglementations strictes sur la manière de procéder pour éviter ces risques.

Nous nous sommes intéressés aux cellules souches du cordon ombilical et aux cellules souches mésenchymateuses comme cibles pour une thérapie combinée de cellules souches et de gènes. Ces cellules peuvent être obtenues de manière raisonnablement facile et reproductible à partir de cordon ombilical autrement jeté, ou de moelle osseuse facilement accessible, en sélectionnant les cellules à l’aide de diverses techniques standard. La graisse, l’amnios et le sang du cordon ombilical sont également des sources à partir desquelles on peut obtenir des cellules souches mésnechymateuses. Après une phase de prolifération, les cellules prennent un aspect semblable à un tapis de fibroblastes, qui peuvent se différencier en cellules osseuses, cartilagineuses ou graisseuses. Bien que les cellules souches mésenchymateuses provenant des diverses sources mentionnées puissent se ressembler, leurs potentiels de différenciation sont idiosyncrasiques et différents, ce qui rend inapproprié et difficile de les considérer comme une source uniforme de cellules cibles. Les cellules de l’amnios néonatal et les cellules du cordon ombilical ont une faible immunogénicité et n’expriment pas les antigènes HLA de classe II. Elles sécrètent également des facteurs qui inhibent les réactions immunitaires, par exemple, le HLA-G soluble. Bien que l’immunogénicité soit considérablement réduite, elles ne sont toujours pas autologues et, par conséquent, il subsiste un risque de rejet d’allogreffe. Elles ont l’avantage de pouvoir être multipliées, congelées et mises en banque en grand nombre et pourraient être utilisées chez des patients ayant déjà besoin d’agents immunosuppresseurs, par exemple ceux ayant subi une greffe rénale.

À Singapour, nos études sur les cellules d’amnios dérivées du cordon ombilical ont montré un certain succès en ayant une expression des gènes de l’insuline et du glucagon, mais peu ou pas de sécrétion d’insuline in vitro. Avec la transfection du gène de l’insuline in vitro, après transplantation péritonéale chez des souris diabétiques induites par la sterptozotocine, on a constaté une certaine amélioration des taux de glucose. Nos collègues de Singapour ont utilisé un autre modèle d’hépatocytes autologues provenant de porcs diabétiques induits par la streptozotocine. Ces hépatocytes séparés ont été transfectés avec succès ex-vivo avec une construction génique d’insuline humaine par électrophoration, puis les cellules ont été réinjectées directement dans le parenchyme hépatique à l’aide de plusieurs injections séparées. Les porcs ont été guéris de leur diabète jusqu’à neuf mois, ce qui est un résultat remarquable. Comme il s’agissait d’autotransplantations, aucun médicament immunosuppresseur n’a été nécessaire, mais les cellules hépatiques ont été obtenues à partir de grandes biopsies chirurgicales ouvertes. La nécessité d’un prélèvement chirurgical du tissu hépatique limite l’applicabilité de l’étude, mais elle constitue néanmoins une bonne preuve de concept. Dans le contexte du diabète auto-immun, le risque de maladie récurrente pourrait bien persister à moins que la cible de l’attaque auto-immune puisse être définie et éliminée. Dans ces expériences porcines, le gène de l’insuline humaine avec un promoteur de détection du glucose EGR-1 a été utilisé. Aucun virus n’a été impliqué, et le plasmide ne s’intègre pas. La division de la cellule transfectée diluerait l’activité du gène, mais un grand nombre de plasmides peut être produit à bon marché. Le même groupe de travailleurs a réussi à transfecter des cellules souches mésenchymateuses de moelle osseuse avec le plasmide du gène de l’insuline humaine en utilisant le même promoteur EGR-1 et l’électrophoration. Cela a permis de guérir des souris diabétiques après injection directe intra-hépatique et intra-péritonéale.

Enfin, il faut être prudent dans l’interprétation des résultats de ces rapports et d’autres rapports de thérapie cellulaire et génique pour le diabète. In gene transfection and/or transplantation of insulin-producing cells or clusters in the diabetic rodent, there have been many reports in the literature, but only a few of these claims have been reproduced in independent laboratories. We have suggested the need to satisfy « The Seven Pillars of Credibility » as essential criteria in the evaluation of claims of success in the use of stem cell and/or gene therapy for diabetes.

1. Cure of hyperglycemia

2. Response to glucose tolerance test

3. Evidence of appropriate C-peptide secretion

4. Weight gain

5. Prompt return of diabetes when the transfecting gene and/or insulin producing cells are removed

6. No islet regeneration of stereptozotocin-treated animals and no re-generation of pancreas in pancreatectomized animals

7. Presence of insulin storage granules in the treated cells