Multiplier les cellules souches

Les cellules souches sont un progrès indéniable sur le plan médical. Mais la difficulté réside dans leur culture, et la possibilité d’en obtenir des quantités suffisantes pour des études cliniques ou des applications thérapeutiques. L’ULg est aux commandes d’un projet Interreg-Grande Région pour mettre au point une méthode de multiplication des cellules souches plus performante. Ce projet porte le nom d’Improve-Stem*.

PASSER À LA VITESSE SUPÉRIEURE

L’utilisation de cellules souches mésenchymateuses, c’est-à-dire non différenciées, constitue la prochaine révolution médicale, selon le Pr Dominique Toye, du département Chemical Engineering de l’ULg : « Lorsque l’on prélève des cellules souches chez un donneur, dans du sang de cordon, des tissus graisseux ou de la moelle osseuse, il est possible d’en prélever environ un million. Or, la quantité contenue dans une seule dose utilisée pour le traitement d’un patient est de l’ordre de 500 millions. Il est dès lors nécessaire de trouver une méthode pour les multiplier et en obtenir davantage. »

La méthode actuellement utilisée dans les laboratoires consiste à disposer les cellules dans des boites “T-flasks” qui contiennent des matières nutritives, et à la surface desquelles les cellules adhèrent tout en se multipliant. « Si les besoins sont limités, dans le cadre de recherches pour développer des thérapies, cela peut suffire. Mais pour les tests cliniques à grande échelle et la commercialisation, c’est largement insuffisant. Cette méthode nécessiterait trop de boîtes, trop de main- d’œuvre et trop de surface de stockage. De plus, l’automatisation serait impossible et la méthode ne serait pas reproductible pour parvenir à une harmonisation assurant la qualité des produits obtenus. Actuellement, une multiplication des cellules souches n’est donc pas possible à l’échelle industrielle », poursuit le Pr Toye.

Plusieurs équipes à travers le monde cherchent une solution à ces écueils. « La technique la plus prometteuse jusqu’à présent repose sur l’utilisation de microbilles, car elles offrent une surface d’adhésion plus grande. Ainsi, on estime qu’un gramme de billes offre autant de surface aux cellules souches pour se fixer que 58 boîtes “T-flasks”. Ces billes sont ensuite mises en suspension dans un bioréacteur à cuve agitée et les cellules souches se multiplient à leur surface. Cette méthode est déjà utilisée pour la culture de cellules animales destinées à produire des vaccins », explique le Pr Toye. Qui précise : « Mais elle n’est encore que prometteuse pour la culture de cellules souches parce que des difficultés se posent : il faut être en mesure de pouvoir récupérer les fragiles cellules souches après multiplication sans les altérer ! Elles sont plus sensibles aux stress qui provoquent leur différenciation. Or, le but est de les garder non différenciées. »

RÉCUPÉRER LES CELLULES INTACTES

C’est à cela que s’attelle également le projet Improve-Stem : trouver la matière adéquate des microbilles et la méthode pour détacher les cellules souches quand elles se seront multipliées en conservant leurs propriétés. « Les microbilles qui existent actuellement ne conviennent pas : les cellules souches s’y accrochent bien, mais nous ne parvenons pas à les récupérer sans les abîmer. L’objectif est donc de modifier la surface des microbilles en les recouvrant d’une couche de polymère thermoréactif, sur lequel les propriétés d’adhésion des cellules dépendent de la température. À 37°C, les cellules souches adhèrent bien au polymère ; elles s’y accrochent et s’y multiplient. À une température inférieure, de l’ordre de 20°C, la structure du polymère se modifie et n’est plus favorable à l’adhésion des cellules souches. Elles se détachent donc facilement et nous pouvons les récolter sans trop de difficultés », enchaîne Dominique Toye.

Autre difficulté : le bioréacteur en cuve agitée doit être adapté. Il doit permettre de répartir les billes dans tout le milieu de culture, tout en ne provoquant pas trop de chocs, ni d’efforts mécaniques sur les cellules à la surface des microbilles… « Nous travaillons donc à optimiser le design du bioréacteur et ses conditions opératoires pour récolter des cellules non altérées, ainsi que pour pouvoir séparer de manière optimale les microbilles décolonisées et éviter les débris dans le milieu contenant les cellules souches. » Ces deux volets sont pris en charge par deux équipes de recherche de l’ULg. L’université de Lorraine travaillera sur la qualité des cellules souches récoltées après multiplication.

* Le projet Improve-Stem est coordonné par l’ULg (département Chemical Engineering et le Centre interfacultaire des biomatériaux) en collaboration avec l’université de Lorraine, l’université de Kaiserslautern, le Leibniz Institute for New Materials, le Luxembourg Institute of Science and Technology et le Centre national de la recherche scientifique français. Il est financé par l’Union européenne, ainsi que par la Région wallonne, et durera jusqu’à fin 2019.