Soutenance mémoire
Généralités sur les cellules souches
Qu’est-ce qu’une cellule souche ?
Définition d’une cellule souche
Les cellules souches (CS) sont des cellules indifférenciées et non spécialisées qui se définissent par deux caractéristiques principales :
– L’autorenouvellement : les cellules souches se renouvellent pendant de longues périodes par division cellulaire. Cette division cellulaire est dite « asymétrique » puisque la CS mère se divise en une CS fille identique et une CS fille prête à s’engager dans une voie de différenciation. Ce phénomène permet de conserver un pool initial de cellules souches dans l’organisme.
– La différenciation : dans certaines conditions physiologiques, physiopathologiques ou expérimentales, les cellules souches sont capables de s’engager dans une voie de spécialisation et ainsi de se différencier en cellules spécialisées.
Les cellules souches sont distinguées entre elles selon leur potentiel de différenciation, c’est-àdire le nombre de types cellulaires différents qu’elles sont capables de produire (totipotente, pluripotente, multipotente et unipotente) et selon leur origine (embryonnaire, fœtale, amniotique ou adulte). Ces cellules sont localisées dans des microenvironnements particuliers appelés « niches » qui permettent leur maintien et leur protection.
Classification des cellules souches
Il existe plusieurs types de cellules souches qui sont classées en fonction de leur capacité de différenciation :
– Les cellules souches totipotentes : elles sont capables de se différencier en n’importe quelle cellule spécialisée et de ce fait, de créer un organisme entier. Seules les cellules provenant de l’œuf fécondé sont des CS totipotentes.
– Les cellules souches pluripotentes : elles sont à l’origine de l’ensemble des tissus issus des trois feuillets embryonnaires (endoderme, mésoderme et ectoderme) hors annexes embryonnaires.
– Les cellules souches multipotentes : ces cellules ont un potentiel de différenciation plus réduit que celui des CS pluripotentes car elles sont engagées dans une voie de différenciation d’un tissu précis. Néanmoins, elles vont être capable de donner naissance à plusieurs types cellulaires différents. C’est le cas notamment des cellules souches hématopoïétiques.
– Les cellules souches unipotentes : ces cellules ne peuvent engendrer qu’un seul type cellulaire.
Caractérisation des cellules souches hématopoïétiques
Les cellules souches hématopoïétiques (CSH) sont des cellules souches multipotentes à potentiel hématopoïétique. C’est-à-dire que ces cellules vont donner naissance à tous les éléments figurés du sang. L’ensemble des cascades de différenciation et de renouvellement des cellules sanguines à partir des cellules souches hématopoïétiques s’appelle l’hématopoïèse.
La cellule souche hématopoïétique va se différencier en deux types de cellules progénitrices différentes : la cellule souche lymphoïde (CSL) ou la cellule souche myéloïde (CSM). Ces dernières sont des précurseurs de deux lignées sanguines bien distinctes. On distingue la lignée myéloïde qui comprend les globules rouges, les plaquettes, les polynucléaires ainsi que les monocytes et la lignée lymphoïde qui concerne les lymphocytes B et T. (Cf. figure 1) (4) Afin de maintenir une quantité stable de cellules souches hématopoïétiques, lors de chaque division cellulaire, il y a formation d’une cellule souche fille identique à la CSH mère et d’une cellule souche fille différenciée (CSL ou CSM). Ce phénomène s’appelle la division asymétrique, c’est ce qui leur confère cette propriété d’autorenouvellement. (1)(3)(5) L’hématopoïèse débute dès la période embryonnaire dans le foie, la rate et la moelle osseuse (MO). A l’âge adulte, le siège de l’hématopoïèse est uniquement la moelle osseuse (plus précisément la MO rouge). Les cellules souches hématopoïétiques sont en quiescence et dès l’apparition de signaux (les facteurs de croissance hématopoïétique), elles prolifèrent et s’engagent dans un processus de différenciation de l’une des deux lignées. La capacité d’autorenouvellement des progéniteurs diminue avec leur maturation. Les cellules sanguines matures représentent 99% des cellules de la moelle osseuse rouge et ce sont majoritairement ces cellules matures qui passent dans la circulation sanguine. La production médullaire quotidienne des cellules sanguines matures peut atteindre en moyenne 25.10¹⁰ pour les érythrocytes, 25.10⁹ pour les plaquettes et 20.10⁹ pour les leucocytes. Cette production massive est indispensable car elle compense les pertes physiologiques journalières du système hématopoïétique dues à la durée de vie limitée des différentes cellules sanguines. L’hématopoïèse est finement régulée afin de maintenir l’homéostasie du tissu sanguin et également pour subvenir aux besoins de l’individu.
La greffe de cellules souches hématopoïétiques
Principes de la greffe de cellules souches hématopoïétiques
Anciennement appelée « greffe de moelle osseuse », la greffe de cellules souches hématopoïétiques est une thérapie cellulaire. Plus précisément il s’agit de la transplantation chez un individu de cellules souches hématopoïétiques sélectionnées et modifiées pour obtenir un effet thérapeutique. Ce type de greffe est majoritairement utilisé dans le traitement des hémopathies malignes (Lymphome, myélome, leucémies) et des troubles hémopathiques (Aplasie médullaire, myélodysplasie). Dans certains cas, cette thérapeutique est également utilisée pour traiter des tumeurs solides. (12) Les cellules souches hématopoïétiques sont administrées par voie périphérique, migrent vers la moelle osseuse où elles vont participer à la reconstitution hématologique du patient. Ainsi, la greffe de CSH à deux buts principaux :
– Restaurer la moelle osseuse du patient après des traitements anti cancéreux myéloablatifs.
– Remplacer une moelle osseuse pathologique.
Il existe deux types de greffe de cellules souches hématopoïétiques, en fonction de la nature du donneur : les greffes autologues et les greffes allogéniques.
Les différents types de greffes
La greffe autologue
On parle de greffe autologue ou d’autogreffe lorsque que le patient est son propre donneur de cellules souches hématopoïétiques. Le but principal de ce type de greffe est la reconstitution du système hématologique du patient à la suite de l’administration de chimiothérapies cytotoxiques (toxiques pour la cellule) intensives à haute dose. Ces agents cytotoxiques ont une myélotoxicité majeure à l’origine de risques infectieux et hémorragiques et ils sont extrêmement aplasiants. Ainsi, afin de pallier cette forte morbimortalité et lorsque les mesures de prophylaxie ne sont pas suffisantes (facteurs de croissance, perfusion sanguine, etc) une greffe autologue de CS hématopoïétique peut être réalisée à la suite de ce type de chimiothérapie.
Cette thérapie cellulaire est donc un traitement de consolidation qui va considérablement diminuer le temps théorique d’aplasie du patient, ainsi que l’apparition de tous les risques qui en découlent. En résumé, il s’agit de compenser un effet iatrogénique médicamenteux majeur. Trois grandes étapes définissent ce type de greffe :
– Prélèvement des CSH du patient et cryoconservation.
– Administration de la chimiothérapie haute dose qui va détruire tous les éléments d’origine tumorale mais qui va donc entrainer une aplasie médullaire.
– Réinjection des CSH saines (chimiothérapie-free) afin de restaurer l’ensemble des cellules sanguines à un niveau physiologique.
Ainsi, la greffe autologue, en tant que support thérapeutique, est indiquée dans des cancers agressifs, récidivants ou résistants aux traitements habituels. (3)(12)(16) En France, sur l’année 2020, 2971 greffes autologues ont été réalisées, dont 110 par l’institut Paoli Calmettes (IPC). Dans plus de 90% des cas, ces greffes entrent dans la stratégie thérapeutique de la prise en charge des hémopathies malignes (60,9% des myélomes, 35,3% des lymphomes et <1% de leucémies aigues) .
La greffe allogénique
Le terme allogénique désigne les greffes pour lesquelles le donneur de cellules souches est différent du receveur. Il convient de distinguer différents types de donneurs :
– Les donneurs du cercle familial du patient. On parle alors de greffe allogénique apparentée.
– Les donneurs hors cadre familial. On parle alors de greffe allogénique non apparentée. Soit il s’agit d’une connaissance du patient, soit le donneur est inscrit sur un registre national de « donneur volontaire de moelle osseuse ».
La greffe allogénique repose sur un principe de compatibilité immunologique. En effet, les cellules expriment à leur surface des molécules « HLA » (Human Leukocyte Antigen). C’est ce typage HLA qui détermine l’identité des cellules de chaque individu. Bien qu’elles soient indifférenciées, les CS hématopoïétiques possèdent également ces molécules à leur surface. Le système HLA est responsable de la reconnaissance du « soi » et du « non soi » et de ce fait du déclenchement de la réponse immunitaire (Les lymphocytes détruisent tout ce qui est étranger à l’organisme).
Ainsi, pour assurer le succès d’une greffe allogénique, il est important de réaliser une étude d’histocompatibilité entre le receveur et le donneur. Ce test permet de vérifier que les molécules HLA exprimées par chacun sont suffisamment semblables pour éviter que les molécules HLA du donneur soient reconnues comme étrangères par les lymphocytes du receveur (situation de rejet du greffon) ou inversement (effet Graft Vs Host = le greffon attaque l’hôte). (12)(18) Tout comme pour la greffe autologue, cette thérapie cellulaire permet de reconstituer hématologiquement un patient à la suite de son exposition à des traitements hautement cytotoxiques. Néanmoins, la greffe allogénique bénéficie d’indications et d’avantages supplémentaires par rapport à la greffe autologue. Tout d’abord, le fait d’apporter des cellules souches hématopoïétiques d’un donneur extérieur, permet de remplacer une moelle osseuse pathologique par une moelle osseuse totalement saine et fonctionnelle. C’est pour cela que la greffe allogénique de CSH constitue à l’heure actuelle le seul traitement capable de guérir certaines maladies hématologiques, telle que les myélodysplasies. De plus, la greffe allogénique possède des propriétés immunologiques puisque le greffon apporte des cellules immunocompétentes telles que les lymphocytes T ou les cellules NK qui ont une activité anti-tumorale sur les cellules tumorales résiduelles du donneur : C’est l’effet « greffe contre leucémie » (GVL). De ce fait, la greffe allogénique de CSH justifie d’autant plus son indication dans les hémopathies malignes. (3)(12)(19) En France, sur l’année 2020, 1878 greffes allogéniques ont été réalisées, dont 117 par l’IPC. Dans plus de 90% des cas, ces greffes représentent la stratégie thérapeutique de référence pour la prise en charge des hémopathies malignes (leucémie aiguë myéloïde et leucémie aiguë lymphoïde dans plus de 50% des cas). Ce type de greffe est moins réalisé du fait de sa complexité : difficulté à trouver des donneurs et des receveurs compatibles et complications associées.
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Table des matières
Introduction
I. Généralités sur les cellules souches
A. Qu’est-ce qu’une cellule souche ?
1. Définition d’une cellule souche
2. Classification des cellules souches
B. Caractérisation des cellules souches hématopoïétiques
II. La greffe de cellules souches hématopoïétiques
A. Principes de la greffe de cellules souches hématopoïétiques
B. Les différents types de greffes
1. La greffe autologue
2. La greffe allogénique
C. Les grandes étapes de la greffe de moelle osseuse
1. Origine et prélèvement du greffon
i. La moelle osseuse
ii. Le sang périphérique
iii. Le sang de cordon
2. Le conditionnement à la greffe
i. Le conditionnement myéloablatif
ii. Le conditionnement non myéloablatif
iii. Exemples de protocoles de conditionnement
3. La greffe de moelle osseuse et le suivi post-greffe
i. Administration du greffon
ii. Les mesures et traitements associés
iii. Surveillance et examens post-greffe
4. Les enjeux et les complications de la greffe
i. Rejet et non prise de greffe
ii. La maladie du greffon contre l’hôte
iii. L’effet du greffon contre la leucémie
iv. Les rechutes et les cancers secondaires
III. Conditionnement par busulfan dans les greffes de moelle osseuse
A. Caractérisation du busulfan
1. Mécanisme d’action
2. Indications
3. Pharmacocinétique
i. Absorption
ii. Distribution
iii. Métabolisation
iv. Élimination
v. Variabilité pharmacocinétique du busulfan
4. Toxicités
i. Toxicité hépatique
ii. Toxicité neurologique
iii. Toxicité pulmonaire
iv. Toxicité sur l’appareil uro-génital
v. Autres toxicités
B. Protocoles de conditionnement par busulfan
1. Notions de cible thérapeutique
i. Définition d’une zone thérapeutique
ii. Les paramètres PK/PD
iii. Le suivi thérapeutique et l’adaptation posologique
2. Adaptation de la stratégie PK/PD au busulfan
i. Les données bibliographiques actuelles
ii. L’utilisation de l’adaptation posologique
iii. Choix de la cible
3. Les protocoles mis en place
i. Le protocole standard
ii. Le protocole Time-sequenced
IV. Application au ciblage posologique du busulfan haute-dose
A. Matériels et méthodes
1. Stratégie globale
2. De la perfusion de busulfan à l’analyse des concentrations
i. Choix de la dose et administration
ii. Prélèvements et acheminement
iii. Dosage LC MS/MS
3. Des concentrations à l’estimation des paramètres PK
4. Des paramètres PK à la dose personnalisée
B. Exemple d’adaptation posologique
1. Cas clinique
2. Stratégie d’exposition
3. Détails des calculs
4. Écarts à la cible
5. Devenir de la greffe
C. Les résultats du ciblage posologique
1. Le protocole standard
2. Le protocole time sequenced
3. Discussion des résultats
Conclusions
