Laboratoire des traitements à base de cellules souches

Traitements à base de cellules souches

Les cellules souches occupent une place centrale en médecine régénérative. En outre, leur utilisation dans le traitement d’un vaste éventail de maladies paraît extrêmement prometteuse. Pour conserver des connaissances de pointe et fournir l’information nécessaire à la prise de décisions efficaces, le Centre d’évaluation des produits biologiques s’est doté d’un programme de recherche spécialisé sur les traitements à base de cellules souches, notamment les cellules souches ou progénitrices et leurs dérivés (comme les vésicules extracellulaires).

• Qu’est-ce qu’un traitement à base de cellules souches?
• Que sont les vésicules extracellulaires?
• Obstacles liés à l’innocuité et à l’efficacité des traitements à base de cellules souches
• Étude des traitements à base de cellules souches : concepts et outils
• Point saillant de la recherche 1 : Identification de marqueurs et de signatures moléculaires pour évaluer le profil d’innocuité et d’efficacité des traitements à base de cellules souches
• Point saillant de la recherche 2 : Mise au point de stratégies et de méthodes d’analyse pour mieux caractériser les traitements à base de cellules souches

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Qu’est-ce qu’un traitement à base de cellules souches?

Les cellules souches sont les constituants de base de tous les organes et tissus du corps humain. Cette caractéristique ouvre la voie à de nombreuses applications potentielles en médecine. Des traitements à base de cellules souches font actuellement l’objet de recherches précliniques et cliniques en vue d’évaluer leur efficacité à l’égard d’un vaste ensemble de troubles et de maladies pour lesquels il existe des besoins cliniques insatisfaits. Le potentiel thérapeutique des cellules souches repose en grande partie sur leur capacité à réparer et à régénérer les tissus et les organes, ainsi que sur leur capacité à réguler le système immunitaire. Cette dernière propriété des cellules souches s’accomplit soit par l’interaction directe entre une cellule souche et les cellules immunitaires, soit par la sécrétion de substances dans l’environnement de la cellule. Les vésicules extracellulaires sont l’une des substances sécrétées qui présentent le plus grand intérêt thérapeutique.

Deux particularités distinguent les cellules souches des autres cellules de l’organisme :

• D’abord, les cellules souches ont la capacité de s’autorenouveler à long terme.
  • Autrement dit, elles peuvent générer à répétition des copies identiques d’elles-mêmes.
• Ensuite, les cellules souches sont définies par leur capacité unique de se transformer en cellules de différents types
  • Par exemple, les cellules souches du cerveau peuvent se transformer en tous les types de cellules du cerveau, comme les neurones, les astrocytes et oligodendrocytes, qui ont chacun une fonction distincte.

Les cellules souches se répartissent en deux grandes catégories : les cellules souches pluripotentes (dont les cellules souches embryonnaires et les cellules souches pluripotentes induites) et les cellules souches somatiques (ou cellules souches adultes). Voici un aperçu des propriétés qui les définissent.

Les cellules souches pluripotentes possèdent la capacité de se différencier en n’importe quel type de cellule du corps humain. Les cellules souches embryonnaires appartiennent à cette catégorie. Ces dernières sont issues d’embryons au stade de blastocyste, l’un des premiers stades du développement, et peuvent servir à la formation d’un organisme entier. Une version « artificielle » des cellules souches embryonnaires a récemment été créée à l’aide de cellules en différenciation terminale ou de cellules somatiques comme les fibroblastes (des cellules de la peau). Les cellules ainsi créées portent le nom de cellules souches pluripotentes induites et se comportent de la même façon que les cellules souches embryonnaires. Elles permettent cependant d’éviter les questions éthiques qui entourent la production de cellules souches au moyen de tissus embryonnaires. Les cellules souches pluripotentes induites ont suscité un intérêt croissant au fil des ans pour l’élaboration de modèles de maladie et la production de cellules différenciées en vue de greffes.

Les cellules souches somatiques ou adultes sont présentes dans les tissus et organes pleinement formés de l’organisme. Elles peuvent renouveler les cellules qui sont en voie de mourir et réparer les lésions tissulaires mineures. Les cellules souches adultes n’engendrent habituellement que les types de cellules qui se trouvent dans leur tissu d’origine. Toutefois, certaines se sont révélées pluripotentes.

Des produits issus des cellules souches sont actuellement élaborés pour traiter différentes affections comme les blessures musculaires, les troubles neuronaux, une réduction de l’apport sanguin, les maladies du cœur, l’insuffisance rénale et la dégénérescence du cartilage. Si nous parvenons à mieux comprendre les propriétés de ces futurs produits biologiques, nous pourrons concourir à la création d’outils et de méthodes d’analyse normalisés pour étudier leur innocuité et leur efficacité.

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Que sont les vésicules extracellulaires?

Les vésicules extracellulaires provenant des cellules souches ou progénitrices offrent des avantages thérapeutiques de plus en plus reconnus, qui peuvent être comparables à ceux des cellules parentales dont elles sont issues. Selon des données précliniques récentes, les traitements à base de cellules souches ou progénitrices agiraient par le transfert des vésicules extracellulaires que libèrent les cellules, plutôt que par l’action directe des cellules greffées. Ces résultats ont fait naître un vif intérêt envers l’étude et l’utilisation des vésicules extracellulaires à des fins thérapeutiques.

Les vésicules extracellulaires sont des vésicules membranaires de taille nanométrique (diamètre de 50 à 200 nm) qui sont libérées par tous les types de cellules, y compris les cellules souches ou progénitrices. Vu leur nature nanométrique, on peut seulement les mesurer et les visualiser au moyen d’appareils capables de détecter des nanoparticules, tels que les microscopes électroniques et les instruments d’analyse du suivi de nanoparticules. Les vésicules transportent un ensemble de molécules bioactives (protéines, ADN, ARN, lipides) qui peuvent être transférées à d’autres cellules et ainsi exercer un effet bénéfique (thérapeutique) ou néfaste (oncogène). Dans un contexte thérapeutique, l’importance des vésicules extracellulaires tient à leur capacité potentielle de médiation et de régulation immunitaire; en outre, elles pourraient promouvoir la réparation et la régénération tissulaires.

Le Laboratoire des traitements à base de cellules souches cherche à normaliser les étapes de fabrication et les procédures de caractérisation des traitements à base de vésicules extracellulaires, afin de définir des protocoles adaptables et reproductibles, qui sont conformes aux bonnes pratiques de laboratoire et qui concordent avec le cadre réglementaire. En ce qui concerne les défis liés à la réglementation, plusieurs questions entourant l’innocuité, la qualité, l’efficacité et les exigences de fabrication doivent encore être abordées. Il faudra assurément normaliser les procédés de production et d’enrichissement, ainsi qu’établir des méthodes exactes de quantification (concentration, rendement et pureté) et de qualification (identité et contenu). Par conséquent, aux fins de l’évaluation du potentiel thérapeutique clinique, des recherches sont requises pour mieux définir les produits de vésicules extracellulaires dérivées des cellules souches, notamment celles issues des cellules souches mésenchymateuses, sur les plans du mode de production et d’enrichissement, du contenu (protéines, ARN, ADN, lipides), et des effets de l’entreposage à long terme et de la manipulation sur les attributs quantitatifs et qualitatifs.

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Obstacles liés à l’innocuité et à l’efficacité des traitements à base de cellules souches

Les traitements à base de cellules souches utilisent fréquemment des cellules qui ont été cultivées ou amplifiées à grande échelle en laboratoire, afin que l’on dispose d’une quantité suffisante de matériel pour traiter les patients en clinique. Lors de leur amplification, les cellules peuvent présenter un niveau élevé d’instabilité génétique, ce qui peut accroître le risque d’oncogénicité. L’amplification tend aussi à diminuer la capacité des cellules à accomplir efficacement leurs fonctions habituelles. De plus, puisque les cellules souches proviennent de tissus humains, leurs propriétés fonctionnelles peuvent varier selon le donneur. L’évaluation des propriétés fonctionnelles des cellules et des variations associées au nombre et aux types de vésicules extracellulaires qu’elles génèrent constitue donc un aspect crucial pour garantir la qualité du traitement. Les recherches du Laboratoire portent sur ces obstacles liés à l’innocuité et à l’efficacité qui peuvent survenir au cours de la préparation des cellules souches et des vésicules extracellulaires en vue d’un usage thérapeutique chez l’humain.

Les anomalies présentes dans une cellule souche peuvent également être la cause de maladies. Des mutations des cellules souches seraient, par exemple, la cause première de plusieurs types de cancers du sang, et elles pourraient être à l’origine de la formation des sarcomes. La capacité de différencier les cellules souches saines de celles qui contribuent à un problème de santé est un autre aspect important pour établir l’innocuité et l’efficacité des traitements à base de cellules souches. Notre programme de recherche travaille à la comparaison des cellules souches provenant d’un milieu sain et des cellules souches associées à différentes maladies, dans l’objectif de dégager les différences moléculaires et comportementales entre ces cellules. Ces travaux visent à développer des méthodes pour identifier le point de bascule à partir duquel une cellule souche saine devient une cellule malade.

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Étude des traitements à base de cellules souches : concepts et outils

Au Centre d’évaluation des produits biologiques, nous voulons concevoir des méthodes et des modèles inédits pour établir l’innocuité et l’efficacité des produits thérapeutiques qui font appel aux cellules souches. À cette fin, l’équipe de recherche du Centre cultive des cellules souches adultes et produit des vésicules extracellulaires en laboratoire, puis elle les analyse au moyen d’appareils sophistiqués. Les chercheurs déterminent les caractéristiques des cellules souches qui définissent leur efficacité thérapeutique. Notamment, l’étude des profils particuliers d’expression des protéines et des gènes permet d’identifier des marqueurs moléculaires qui sont liés à l’innocuité et à l’efficacité des produits. Nous examinons ces propriétés en laboratoire au moyen d’un ensemble de techniques, dont la microscopie de fluorescence, l’amplification en chaîne par polymérase (PCR), la spectrométrie de masse, le séquençage de l’ARN et la cytométrie en flux.

Ces travaux de recherche visent plusieurs objectifs importants :

• Fournir des renseignements scientifiques sur la façon d’évaluer les produits thérapeutiques à base de cellules souches;
• Comprendre le potentiel thérapeutique positif des cellules souches et des vésicules extracellulaires;
• Comprendre comment déterminer les problèmes potentiels liés à l’innocuité des cellules souches et des vésicules extracellulaires;
• Concevoir des tests et des outils afin de surveiller la qualité et l’innocuité des traitements à base de cellules souches;
• Appliquer et perfectionner des modèles in vitro pour mieux évaluer l’efficacité des produits à base de cellules souches dans le traitement de différentes affections.

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Point saillant de la recherche 1 : Identification de marqueurs moléculaires pour définir l’innocuité et l’efficacité des traitements à base de cellules souches

Le terme marqueur moléculaire désigne un élément qui peut servir d’indicateur relativement à une substance, un processus ou une fonction biologique. Par exemple, des séquences particulières d’ADN ou d’ARN peuvent constituer un marqueur génétique de la présence d’un cancer et peuvent apporter de l’information utile pour le traitement de la maladie. Un marqueur peut être un outil précieux pour confirmer la nature d’un produit thérapeutique à base de cellules souches. Chez les cellules souches, l’expression de gènes particuliers et la présence de certaines protéines et fonctions enzymatiques pourraient représenter des marqueurs adéquats. Nos études visent à déterminer les marqueurs qui aideront à définir l’efficacité et l’innocuité des traitements à base de cellules souches (p. ex. les cellules souches ou stromales mésenchymateuses; SCM), de cellules souches pluripotentes induites ou de leurs dérivés, notamment les vésicules extracellulaires.

Le Centre cherche à :

• Comprendre les propriétés et les mécanismes de croissance et de différenciation des cellules souches mésenchymateuses adultes, des cellules souches pluripotentes induites et de leurs dérivés, afin de préciser leurs applications médicales potentielles;
• Caractériser les propriétés des cellules souches mésenchymateuses adultes, des cellules souches pluripotentes induites et de leurs dérivés, afin de présenter des recommandations sur les modalités d’évaluation de l’innocuité, de l’efficacité et de la qualité des produits thérapeutiques qui font appel aux cellules souches;
• Utiliser un test de détection au moyen de marqueurs pour favoriser la normalisation des méthodes d’établissement de la qualité, de l’efficacité et de l’innocuité d’un produit avant son utilisation thérapeutique.

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Point saillant de la recherche 2 : Mise au point de stratégies et de méthodes d’analyse pour mieux caractériser les traitements à base de cellules souches

Les cellules souches ont la capacité de réparer les tissus et les organes lésés, ainsi que de réguler les cellules immunitaires. Le Centre d’évaluation des produits biologiques s’intéresse à l’élaboration de méthodes d’analyse qui permettraient d’évaluer l’aptitude des cellules souches et des vésicules extracellulaires à accomplir leurs fonctions habituelles, telles que la régénération des tissus ou la modulation du système immunitaire.

La mise en place de méthodes d’analyse et de tests in vitro pour mesurer les propriétés de modulation immunitaire et de régénération tissulaire des cellules souches et des vésicules extracellulaires revêt une grande importance pour l’évaluation de leurs caractéristiques sur le plan de la qualité, de l’activité thérapeutique et de l’innocuité. La mesure de l’activité des cellules souches et des vésicules extracellulaires in vitro permettrait en outre de réduire l’utilisation d’animaux, par le recours à des modes d’évaluation qui ne se fondent pas sur des modèles animaux.

À titre d’exemple, les effets des cellules souches peuvent être évalués à l’aide d’un test in vitro, ici nommé test de prolifération lymphocytaire, au cours duquel des SCM sont mises en culture avec des lymphocytes T humains activés. La prolifération des lymphocytes T diminue au fil du temps après l’incubation avec les cellules souches. Ce test sert actuellement au contrôle de la qualité de Prochymal^MC et d’autres produits à base de cellules souches qui en sont aux premières étapes de leur développement. La protection contre les dommages tissulaires d’origine ischémique et la régénération des tissus lésés est une autre fonction essentielle des cellules souches, notamment des SCM. Par conséquent, le Laboratoire cherche à évaluer l’efficacité des traitements à base de cellules souches et des vésicules extracellulaires au moyen d’un test in vitro qui mesure la capacité des SCM à protéger les neurones lors d’une privation d’oxygène et de glucose, comme il s’en produit lors d’un AVC.

De nombreux types de cellules souches font l’objet d’essais cliniques pour améliorer le traitement de maladies neurodégénératives et auto-immunes. Dans ce contexte, ces tests serviront à mesurer l’activité des cellules souches et de leurs vésicules extracellulaires, en vue de la mise en place de tests pour l’évaluation du contrôle de la qualité et de l’efficacité.

Le Centre cherche à :

• Mettre au point des méthodes d’analyse et de tests in vitro qui génèrent l’information requise pour prédire le potentiel thérapeutique et l’innocuité des produits à base de cellules souches et de leurs dérivés;
• Acquérir une compréhension approfondie de l’activité des cellules souches humaines dans les tissus humains.

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