Des cellules bêta provenant de cellules souches
La perte de cellules bêta sécrétant de l’insuline par destruction auto-immune conduit au diabète de type 1. La transplantation de cellules d’îlots de Langerhans a le potentiel de guérir le diabète, mais les pancréas de donneurs sont rares.
Des cellules bêta mieux différenciées
Dans une nouvelle étude, un groupe de chercheurs a mis au point un protocole amélioré de différenciation des cellules souches pluripotentes pour générer des cellules bêta in vitro avec une réponse au glucose et une sécrétion d’insuline supérieures à ce qui existe actuellement. Il s’agit d’une étape majeure vers la thérapie de remplacement des cellules bêta.
Les cellules souches pluripotentes humaines (soit les cellules souches embryonnaires humaines, soit les cellules souches pluripotentes induites) peuvent se différencier en tout type de cellules ayant une capacité d’auto-renouvellement illimitée. Les cellules souches pluripotentes sont donc une source pour générer des types de cellules spécialisées pour la thérapie de remplacement cellulaire.
Cependant, les protocoles actuels de différenciation des cellules bêta in vitro sont très complexes en raison du nombre élevé d’étapes de différenciation. Le processus nécessite près de 20 protéines de signalisation et de petites molécules pour réguler la croissance et la différenciation des cellules et dure plus de quatre semaines.
Au cours de ce processus à plusieurs étapes, toutes les cellules ne se différencient pas mais empruntent des chemins de différenciation erronés. Cela peut mener à une population cellulaire très hétérogène avec des cellules bêta qui ne sont pas complètement fonctionnelles. Un groupe de chercheurs du Helmholtz Zentrum München, du Centre allemand de recherche sur le diabète (DZD), de l’Université technique de Munich (TUM) et de Miltenyi Biotec a donc essayé d’améliorer la qualité des cellules bêta dérivées de cellules souches.
La protéine CD177 contrôle la qualité
Les chercheurs ont développé une approche pour enrichir la culture de cellules souches avec des progéniteurs de pancréas hautement spécialisés qui pourraient conduire à une différenciation plus ciblée en cellules bêta. « Grâce à la biologie du développement, nous savions que les progéniteurs pancréatiques sont déjà spécifiés au stade endodermique, la première étape de la différenciation.
Nous devions savoir si cela était vrai également pour la différenciation des cellules souches pluripotentes humaines », explique le professeur Heiko Lickert, directeur de l’Institut de recherche sur le diabète et la régénération au Helmholtz Zentrum de Munich, professeur de biologie des cellules bêta.
Pour étudier cette question, les chercheurs cherchaient à mieux contrôler la qualité de l’endoderme et sa différenciation en progéniteurs du pancréas. En coopération avec le groupe de Sebastian Knöbel à Miltenyi Biotec, ils ont identifié un anticorps monoclonal appelé CD177 qui marque une sous-population de l’endoderme qui se différencie efficacement et de manière homogène en progéniteurs pancréatiques spécifiques.
Le CD177 peut donc servir de contrôle de qualité. « Avec CD177, nous pouvons déjà voir à un stade précoce si les cellules sont sur la bonne voie de la différenciation. Cela peut permettre d’économiser beaucoup de temps, d’efforts et d’argent », explique M. Lickert.
En enrichissant la culture de cellules souches avec du CD177 au stade endodermique, on augmente la génération de progéniteurs pancréatiques spécifiques. En fin de compte, cela permet d’obtenir des cellules bêta plus matures et plus fonctionnelles qui répondent mieux au glucose et présentent des schémas de sécrétion d’insuline améliorés.
Vers une thérapie de remplacement cellulaire
Les protocoles actuels de différenciation des cellules bêta génèrent des populations cellulaires hétérogènes qui contiennent non seulement des cellules bêta, mais aussi des progéniteurs pancréatiques restants ou des types de cellules d’une lignée différente.
La purification par CD177 permettra non seulement d’améliorer l’homogénéité et la qualité des cellules bêta générées, mais aussi d’accroître leur sécurité clinique, car les cellules souches pluripotentes sont séparées. Il s’agit d’une étape cruciale vers la traduction clinique de la thérapie de remplacement des cellules bêta dérivées de cellules souches pour les patients atteints de diabète de type 1.
De plus, comme les cellules bêta générées par le CD177 ressemblent plus aux cellules bêta du corps humain, le protocole CD177 aidera à établir des systèmes de modélisation de cette maladie qui peuvent imiter le pancréas humain. En outre, un protocole de différenciation donnant naissance à des cellules bêta fonctionnelles est d’un grand intérêt pour le criblage de médicaments.
Cette recherche a été publiée dans Nature Biotechnology.
Source : Helmholtz Zentrum München
Crédit photo : Pixabay