La thérapie cellulaire en 10 points « essentiels »

Suite à une enquête internationale en ligne auprès de gastroentérologues et de proctologues démontrant d’une part leur grand intérêt et d’autre part leurs connaissances limitées voire inexistantes de la thérapie cellulaire [1], nous avons décidé d’aborder ce sujet en 10 points « essentiels ».

1 – Qu’est-ce qu’une thérapie cellulaire ?

La thérapie cellulaire repose sur la transplantation de cellules saines, dans le but de remplacer des cellules malades, de réparer ou de régénérer un organe ou un tissu de l’organisme. Ces cellules sont obtenues dans la plupart du temps à partir de cellules souches.

En 1961, la découverte de ces cellules a été faite par le biophysicien canadien James Till et son compatriote hématologue Ernest McCulloch.

En 1981, les cellules souches embryonnaires ont été identifiées chez la souris par Martin Evans (généticien britannique, Cardiff University, membre de la Royal Society) et ses collaborateurs Matt Kaufman et Gail Martin [2, 3].

Martin Evans a eu le prix Nobel de médecine en 2007 avec Oliver Smithies (généticien américain, University of North Carolina, Chapel Hill) et Mario Capecchi (généticien américain, University of Utah, Salt Lake City) grâce à leurs travaux de modification et de contrôle du génome de la souris.

Les travaux chez l’homme ont débuté en 1998 par le biologiste cellulaire américain James Alexandre Thomson, le généticien isréalien Joseph Itskovitz-Eldor et l’obstétricien israélien Benjamin Reubinoff [4, 5]. En 2000, ce dernier les transforme en neurones.

2 – Qu’est-ce qu’une cellule souche ?

Une cellule souche est une cellule immature possédant deux principales propriétés spécifiques :

• Celle de pouvoir s’auto-renouveler dans un environnement approprié : c’est-à-dire donner naissance au cours de sa division à une autre cellule souche possédant les mêmes propriétés. Cette propriété permet de conserver une quantité quasi-constante de cellules souches tout au long de la vie (jusqu’au phénomène naturel de sénescence) [6].
• Celle de pouvoir se différencier : c’est-à dire de pouvoir donner naissance dans un environnement spécifique, autant que besoin, à des cellules matures avec des fonctions déterminées telles que les cellules du foie, cellules de la peau, cellules du cœur, etc.

3 – Quels sont les différents types de cellules souches ?

• Les cellules souches totipotentes : présentes dans les 4 premiers jours après fécondation. Elles peuvent donner tous les types cellulaires, y compris les annexes embryonnaires (le placenta, le cordon ombilical, la poche amniotique, etc.) et sont les seules à permettre le développement d’un organisme entier.
• Les cellules souches pluripotentes : présentes dans l’embryon de J5 à J14. Elles peuvent donner naissance à tous les types de cellules de l’organisme à partir des 3 feuillets : endodermique (poumons, intestins et foie), mésodermique (muscle, sang, os, cartilage) et ectodermique (neurones et peau) mais également aux gamètes (spermatozoïdes et ovocytes). En 2006, le couple britannique John Gurdon et japonais Shinya Yamanaka ont eu le prix Nobel de Médecine en 2012 grâce à leur capacité de transformer en laboratoire une cellule adulte différenciée en « cellule souche plutripotente induite » (cellule IPS).
• Les cellules souches multipotentes : peuvent provenir du fœtus mais surtout de l’adulte. Elles sont présentes dans la plupart des tissus de l’organisme. Contrairement aux cellules souches pluripotentes, les cellules multipotentes ne peuvent se différencier qu’en un nombre restreint de types cellulaires. On distingue essentiellement les cellules souches mésenchymateuses et les cellules souches hématopoïétiques qui sont à l’origine des composants du sang (globules rouges, globules blancs et plaquettes) et qui sont utilisées en routine depuis 1970 dans la greffe de moelle osseuse pour le traitement de certaines maladies du sang.
• Les cellules souches unipotentes : qui peuvent provenir comme les précédentes du fœtus et de l’adulte, n’engendrent que des cellules différenciées en seul type tissulaire [7].

Quelles cellules communément utilisées en thérapeutique ?

En thérapeutique, ce sont tout d’abord les cellules souches hématopoïétiques qui ont été utilisées dans la greffe de moelle osseuse. Puis ce sont actuellement les cellules souches mésenchymateuses (= du mésoderne = du tissu conjonctif) (CSM) multipotentes qui sont les plus communément utilisées. Elles sont retrouvées dans presque tous les tissus du corps et en particulier le stroma de la moelle osseuse, l’os, le périoste, le foie fœtal, le tissu adipeux et le muscle. Elles sont en revanche moins nombreuses et plus difficile à extraire dans le sang périphérique et dans le sang du cordon ombilical [8]. Selon le type de stimuli, elles ont la particularité de pouvoir se différencier en plusieurs types cellulaires dérivés du mésoderme (ostéoblastes, adipocytes, chondrocytes, stroma médullaire, etc.). Certaines observations rapportent même une capacité de différentiation en cellules musculaires sarcomériques (squelettiques et cardiaques), en cellules endothéliales voire même en cellules d’origine non mésodermique mais endodermique (comme les hépatocytes) ou neuro-ectodermique (comme les cellules neuronales) [8]. Elles ont la particularité d’exprimer en surface le CD105, CD73 et CD90, mais n’expriment pas le CD45, CD34, CD14, CD11b, CD79, CD19 et le HLA-DR. Elles sont produites en culture par prolifération in vitro grâce à une particularité d’adhésion au plastique.

4 – Par quel mode d’action les cellules souches mésenchymateuses exercent-elles leurs effets thérapeutiques ?

Les CSM ont une action anti-inflammatoire et immunomodulatrice grâce à un effet paracrine incluant des sécrétomes et des vésicules extracellulaires [7, 9].

Les sécrétomes sont des molécules bioactives : interleukines et facteurs de croissance (interleukine-4, interleukine-10, tumor growth factor (TGF), chimiokine-(C-C motif)-ligand 18, facteur de croissance des hépatocytes (HGF), indoleamine 2,3-dioxygénase (IDO), prostaglandine E2 (PGE2), oxyde nitrique (NO) et lipoxine A4) qui agissent au contact des tissus et des cellules de l’hôte. Ils inhibent la fonction et prolifération des lymphocytes T effecteurs, des cellules dendritiques mais ont une action promotrice des lymphocytes T régulateurs. Les vésicules extracellulaires sont constituées d’exosomes, de microvésicules et de corps apoptotiques. Elles transportent un certain nombre de substances potentiellement actives principalement des protéines membranaires et cytosoliques, des facteurs de transcription, de l’ADN, de l’ARNm, de l’ARNr, du miARN et diverses molécules clés de signal de transduction.

Cet effet paracrine donne également un pouvoir de signalisation cellulaire par un mécanisme de plasticité c’est-à-dire la capacité de migration d’un état différentié à un autre.

Les CSM ont ensuite des propriétés prolifératives, anti-apoptotiques et pro-angiogéniques secondaires à la sécrétion de facteurs tels que le Vascular Epithelium Growth Factor (VEGF), Insulin Growth Factor (IGF), Hepatocyt Growth Factor (HGF), Nerve Growth Factor (NGF), Neurotrophine-3 ainsi qu’une capacité de transfert mitochondrial par les microvésicules.

Grâce à tous ces effets précédemment décrits associés à des effets antioxydants, antibactériens, antiviraux et anti-tumoraux, les CSM permettent une réparation des tissus endommagées.

Enfin, elles ont un statut immuno-évasif dû à l’absence d’expression de complexe d’histocompatibilité majeure (CMH) II, de molécules co-stimulantes B7-1 et d’une faible expression de CMH I.

5 – D’où proviennent les cellules souches mésenchymateuses ?

Le prélèvement des CSM peut se réaliser sur le patient lui-même, on parle alors de cellules souches autologues, parfaitement tolérées sur le plan immunitaire.

A l’inverse, les CSM peuvent provenir d’autres personnes « donneurs ». On parle alors de CSM hétérologues ou allogéniques. Ces cellules thérapeutiques ont l’avantage de pouvoir être stockées dans des banques de cellules prêtes à l’emploi.

Malgré une tendance instinctive vers les cellules autologues pour des raisons évidentes d’histocompatibilité, il existe quelques contraintes liées à leur extraction, préparation et qualité.

Tout d’abord, l’obtention de CSM autologues nécessite une liposuccion chirurgicale qui est une procédure invasive supplémentaire chez des sujets malades parfois en situation inflammatoire et nutritionnelle précaire. La qualité des cellules extraites peut être également altérée par l’âge du patient lui-même et par ses traitements.

Ensuite, la procédure de recueil, d’extraction puis de mise en culture n’est généralement pas standardisée.

Quelques équipes se contentent de la fraction vasculaire stromale (FVS) obtenue après digestion enzymatique et centrifugation du produit extrait du tissu adipeux autologue pour éviter le recours à la phase de culture et permettre ainsi son utilisation immédiate pendant le même temps opératoire. Toutefois, la pureté du produit (produits sanguins et graisseux) et le nombre de cellules contenues restent discutables. Pour ces raisons, les CSM allogéniques se sont largement développées, avec des avantages de traçabilité en termes de stérilité, de maintien des propriétés et des fonctions, et de standardisation du nombre des cellules et des lots. En outre, comme précédemment dit, la plupart des cellules souches n’expriment pas les molécules co-stimulatrices du CMH II et très peu du CMH I et les résultats des premières études se montrent rassurantes en termes de réactions de rejet immédiat ou d’immunisation secondaire. Ensuite, l’approche allogénique permet une constitution d’une banque de cellules auprès d’un « donneur universel » permettant un accès à un plus grand nombre de patients. Au final, cette approche allogénique paraît la plus compatible avec une production industrielle permettant l’obtention d’une AMM [7, 9].

6 – Comment sont produites les cellules souches mésenchymateuses ?

Les CSM utilisées dans les études proviennent des deux principales sources considérées les plus accessibles et qui posent le moins de problèmes éthiques par rapport à une extraction embryonnaire ou fœtale.

Nous avons tout d’abord les CSM issues du stroma de la moelle osseuse de l’adulte. Elles sont obtenues après ponction de la moelle osseuse. Ensuite, elles sont suspendues et ensemencées dans des boîtes à culture en milieu liquide avec rajout de sérum humain ou bovin, puis sélectionné pour obtenir une croissance optimale des cellules adhérentes. Nous avons ensuite les CSM d’origine adipocytaire de l’adulte [7].

Elles sont produites après liposuccion, digestion enzymatique puis centrifugation permettant d’obtenir la FVS et du tissu adipeux micro-fragmenté. La FVS contient des cellules hématopoïétiques, endothéliales, vasculaires musculaires lisses, fibroblastiques, immatures et des CSM. Ces dernières sont par la suite sélectionnées grâce à leur pouvoir d’adhésion à une surface en plastique puis elles sont mises en expansion. Cependant, cette procédure de sélection n’aboutit pas à des cellules aussi purifiées comme celles qu’on pourrait avoir d’un tri cellulaire comme par exemple d’une cytométrie de flux. Un grand nombre de conditions de culture ont été alors développées pour minimiser ce défaut de purification sur la base de l’utilisation de plusieurs milieux différents, facteurs de croissance, lysats sériques ou plaquettaires. Ensuite, une standardisation du nombre de passages, de la surface et le temps de culture ont pour but d’éviter le phénomène de sénescence qui peut apparaître au-delà d’un nombre important de multiplication et qui réduirait l’efficacité, limiterait la différenciation cellulaire et augmenterait le risque de transformation. Ces différentes conditions de génération de cellules se traduisent par une hétérogénéité du produit obtenu qui pourrait avoir un impact sur son efficacité dans les essais cliniques.

7 – Comment faire le choix entre les cellules mésenchymateuses issues de la moelle osseuse et celles issues du tissu adipocytaire ?

Comparativement aux CSM issues de la moelle osseuse, les CSM d’origine adipocytaire :

• sont plus faciles à extraire
• sont 100 à 500 fois plus riches en cellules
• ont 10 % de spécificité d’immunophénotypage pouvant expliquer une différence d’efficacité. Diverses études précliniques ont comparé leurs effets in vitro. Ces études ont montré que les cellules d’origine adipocytaire ont un taux de réplication plus élevé et plus prolongé en culture, associé à une stabilité morphologique et génétique plus longue (quel que soit l’âge du donneur). Elles ont également un potentiel plus important anti-inflammatoire et anti-angiogénique. Leurs effets immunomodulateurs voire immunosuppresseurs semblent similaires, mais celles d’origine adipocytaire ont un effet plus marqué sur la suppression de la production d’Ig G, sur la différenciation des monocytes en cellules dendritiques et sur l’inhibition dans le sang périphérique de la prolifération de cellules mononuclées. Les co-cultures de cellules d’origine adipocytaire associées à des monocytes, est responsable d’une augmentation de la production d’IL-10 (IL anti-inflammatoire) et une baisse de l’IL-6 (IL pro-inflammatoire) plus marquée par rapport aux co-cultures de cellules provenant de la moelle osseuse.
• expriment encore moins les molécules co-stimulatrices du CMH I que celles issues de la moelle osseuse [7, 9].

8 – Quelles applications cliniques en médecine en général ?

Comme mentionné précédemment, leur première utilisation des CS était en rapport avec la greffe de cellules souches hématopoïétiques pour les maladies hématologiques et auto-immunes.

Dans un second, les CSM ont fait leur apparition et ont été associées à un domaine d’application plus large en raison de leur pluripotence et de leurs effets anti-inflammatoires, anti-apoptotiques, antioxydants, immunomodulateurs et angiogéniques. Cela comprend la réaction du greffon contre l’hôte, les maladies cardio-vasculaires (ischémie), hépatiques (cirrhose), le diabète, les maladies inflammatoires chroniques intestinales, rhumatologiques et les maladies auto-immunes telles que le lupus et la sclérose en plaques, etc.

En bref, leur action de réparation des tissus endommagés permet de les placer au cœur de la médecine régénérative.

En pratique, elles peuvent être administrées par voie périphérique et sont alors attirées dans le site lésionnel grâce à une production locale de médiateurs inflammatoires. Ceci a l’avantage du côté pratique, cependant, la plus grande partie des cellules injectées serait perdue lors du premier passage pulmonaire. A contrario, quand cela est possible, elles peuvent être injectées directement dans le site d’intérêt avec une probable meilleure efficacité et un meilleur contrôle de la différentiation.

Pour l’anecdote, elles ont été même récemment proposées dans le syndrome de détresse respiratoire, en particulier celui induit par le SARS-COV2.

En gastroentérologie, la thérapie cellulaire est utilisée dans deux indications :

• dans les fistules anopérinéales complexes de la maladie de Crohn en échec de traitements conventionnels ou de biothérapies (AMM européenne donnée en 2019)
• et dans un avenir proche, les CAR-T cells (cellules T porteuses d’un récepteur chimérique) qui seront capables de reconnaître et de détruire spécifiquement des cellules cancéreuses notamment coliques. Les CAR-T cells ont déjà l’AMM dans le traitement de certains cancers hématologiques.

9 – Quelle sécurité d’emploi ?

En termes de sécurité d’emploi à court et moyen terme (jusqu’à 3 ans de suivi), le profil est excellent si l’on combine les résultats de plus de 200 essais utilisant des CSM d’origine adipocytaire dans toutes les indications. De plus, les premières études de suivi après injection de cellules allogéniques ne montrent pas de réactions d’immunisation. Parmi tous ces essais cliniques, aucune preuve n’a été retenue d’un potentiel rôle pro-oncogénique en dépit du fait que des études précliniques ont émis des doutes sur un rôle possible de promotion tumorale dans microenvironnement spécifique. En outre, un rapport récent a démontré que le matériel de lipoaspirat humain n’avait pas de propriétés pro-oncogèniquesin vitro [10]. Cependant, in vivo, un suivi des patients traités est encore nécessaire à plus long terme.

10 – Quelles études déjà menées ?

Le tableau résume les principales études publiées incluant plus de 10 patients atteints de fistules anopérinéales de la MC et qui ont reçu des injections de CSM d’origine adipocytaire [7].

Plusieurs essais de phase I et II, une seule étude de phase III (ADMIRE) et trois études en vrai vie du darvadstrocel ont été menées.

L’analyse des essais de phase I et II montre une grande disparité en termes de design d’étude (unique ou multicentrique, contrôlée ou non, etc.), du type de cellules et de préparations utilisées (autologues, allogéniques, FVS), du nombre de cellules injectées, du mode d’injection (intra et/ou péri-fistuleux, en une ou plusieurs injections), du procédé associé (séton, colle biologique, plug), des moyens d’évaluation (uniquement clinique, clinique et radiologique (IRM)), du moment d’évaluation (de 4 à 156 semaines), des traitements systémiques concomitants et enfin de la définition même de la rémission. Le taux de guérison dans ces études variait de 46 à 90 %. Des effets secondaires ont été rapportés chez 0 à 30% des patients (en moyenne autour de 15%), principalement des proctalgies, abcès ou fistules. L’étude ADMIRE de phase III contrôlée randomisée multicentrique en double aveugle dont les résultats sont présentés dans le tableau à S24 [16], à S52 [18] et à S104/156 [27] a comparé l’injection de 120 millions de CSM d’origine adipocyaire versus placebo dans des fistules anopérinéales de la maladie de Crohn en échec du traitement médical. Seuls les patients présentant une maladie en rémission ou modérément active (score CDAI < 220) étaient inclus, sans rectite active, sans sténose rectale, sans fistule recto-vaginale et sans stomie. Les critères de jugement étaient aussi bien cliniques (fermeture du(es) orifice(s) externe(s) attestée par l’absence de douleur ni d’écoulements à la pression) que radiologique (absence d’abcès de plus de 20 mm). Les résultats à S24 et à S52 étaient significativement en faveur des CSM (différentiel d’environ 15 %). Les résultats rétrospectifs à plus long terme se maintenaient dans 56 % des cas à S156 et montraient la persistance d’une supériorité numérique de seulement 8 % en faveur des CSM, pouvant poser la question de l’intérêt de nouvelles injections.

L’étude ADMIRE a permis de donner l’AMM en 2019 aux CSM d’origine adipocytaire commercialisées sous le nom de darvadstrocel (Alofisel®, Takeda) dans le traitement des fistules anopérinéales complexes de la maladie de Crohn en échec d’une biothérapie.

D’autres études ont évalué l’efficacité des CSM issues de la moelle osseuse dans le traitement de fistules anopérinéales réfractaires de la maladie de Crohn avec des effectifs limités et des résultats à peu près similaires. A notre connaissance, aucune étude n’a comparé directement les effets in vivo des CSM d’origine adipocytaire à celles issues de la moelle osseuse dans cette indication.

Concernant les fistules ano-recto-vaginales qui ont été exclus de l’étude ADMIRE, les quelques études disponibles avec un effectif faible ont rapportés des résultats décevants et confirment une fois de plus la difficulté de la prise en charge de ce type de fistules [29].

Les CSM ont été également proposées dans quelques cas de fistules cryptoglandulaires difficiles à traiter dans des essais de phase I et II avec des résultats globalement similaires à ceux obtenus dans la maladie de Crohn [30].

Concernant les trois études en vrai vie [23, 25, 28], les effectifs étaient faibles et les méthodes d’évaluation n’étaient pas standardisés mais les résultats semblaient prometteurs avec un bon profil d’innocuité. Aucun élément prédictif de succès n’a pu être déterminé.

Notre expérience française bi-centrique Paris-Rennes présentée aux JFHOD 2022 à propos de 46 patients suivis de manière prospective a montré un taux de réponse clinique de 74 % et radiologique de 88 %. Le phénotype inflammatoire de la maladie B1 était le seul facteur indépendant de réponse clinique.

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