Clonally selected hypoimmune limbal stem cells: an in vitro proof-of- concept towards an off-the-shelf therapy for limbal stem cell deficiency

L'œil humain repose sur une fenêtre claire et transparente appelée cornée pour focaliser la lumière et créer une vision nette. Cette fenêtre n'est pas une feuille de verre statique, mais un tissu vivant qui se renouvelle constamment, tout comme la peau de nos bras ou de nos jambes. Ce renouvellement est géré par une petite population de cellules spécialisées appelées cellules souches limbiques, qui résident dans un anneau étroit à la périphérie de la cornée. Ces cellules agissent comme un réservoir, se divisant pour créer de nouvelles cellules cornéennes qui migrent vers l'intérieur pour remplacer celles qui sont usées par l'usage quotidien. Lorsque ce réservoir est endommagé ou détruit par une blessure, une infection ou une maladie, la condition connue sous le nom de déficit en cellules souches limbiques survient. Sans ces cellules, la cornée transparente est envahie par des vaisseaux sanguins et du tissu cicatriciel provenant de la partie blanche de l'œil environnante, entraînant douleur, cécité et la perte permanente de la transparence de l'œil.

Le traitement de cette affection implique généralement la transplantation de cellules souches saines provenant d'un donneur ou de l'œil sain du patient lui-même. Cependant, ces procédures font face à des obstacles importants. Utiliser l'œil du patient est souvent impossible si les deux yeux sont endommagés, et utiliser l'œil d'un donneur comporte le risque que le système immunitaire du patient reconnaisse le nouveau tissu comme étranger et l'attaque, un processus appelé rejet. Pour prévenir cela, les patients doivent prendre des médicaments puissants pour supprimer leur système immunitaire pendant le reste de leur vie, ce qui comporte de graves risques pour la santé. De plus, même avec ces médicaments, de nombreuses transplantations échouent car les cellules spécifiques utilisées varient d'une personne à l'autre, ce qui rend difficile la garantie d'un résultat positif. Les scientifiques cherchent depuis longtemps un moyen de créer un approvisionnement universel de cellules « prêtes à l'emploi » qui pourraient être utilisées pour n'importe quel patient sans déclencher de rejet, mais y parvenir nécessite de surmonter les défenses immunitaires sophistiquées du corps.

Une équipe de chercheurs de l'Université de Newcastle a franchi une étape majeure vers cet objectif en concevant un nouveau type de cellule souche limbique capable d'échapper au système immunitaire. Leur approche implique trois modifications génétiques spécifiques conçues pour rendre les cellules invisibles aux défenses du corps tout en les gardant pleinement fonctionnelles. Premièrement, ils ont supprimé les instructions génétiques de deux protéines de surface spécifiques, connues sous le nom de HLA de classe I et de classe II, qui agissent comme des badges d'identification. Sans ces badges, le système immunitaire et ses lymphocytes T ne peuvent pas reconnaître les cellules comme des cibles étrangères à détruire. Deuxièmement, parce que la suppression de ces badges peut parfois déclencher un autre type d'attaque immunitaire de la part des cellules tueuses naturelles (natural killer), les chercheurs ont ajouté une troisième modification : ils ont augmenté la production d'une protéine appelée CD47. Cette protéine envoie un signal « ne pas manger » à l'équipe de nettoyage du système immunitaire, les macrophages, empêchant ainsi ces derniers d'engloutir les cellules.

Pour rendre cette ingénierie possible, les chercheurs ont d'abord dû résoudre un problème différent : comment cultiver ces cellules souches délicates en laboratoire pendant une longue période sans qu'elles ne meurent ou ne perdent leurs propriétés spéciales. Les cellules souches sont notoirement difficiles à maintenir en vie dans une boîte de Pétri ; elles cessent souvent de se diviser ou se transforment en cellules cutanées ordinaires après seulement quelques semaines. L'équipe a découvert que l'ajout d'un composé chimique spécifique, connu sous le nom d'inhibiteur de ROCK, au milieu de culture permettait aux cellules de croître de manière continue. Grâce à cette méthode, ils ont pu étendre les cellules pendant plus de 200 générations, un exploit qui n'avait jamais été accompli auparavant. Tout au long de cette expansion massive, les cellules ont conservé leur identité originale, ressemblant et se comportant exactement comme les cellules souches trouvées dans l'œil humain, et elles sont restées capables de se transformer en les différentes couches de la cornée si nécessaire.

Une fois qu'ils ont obtenu un approvisionnement stable et sain de ces cellules, les chercheurs ont appliqué les modifications génétiques pour créer la version hypo-immune. Ils ont utilisé un outil d'édition génique précis pour couper les gènes des badges d'identification et insérer un gène pour stimuler le signal « ne pas manger ». Ils ont ensuite cultivé ces cellules modifiées en clones pour s'assurer qu'elles étaient toutes identiques et sûres. Les résultats de leurs tests ont été frappants. Lorsqu'ils ont mélangé ces cellules modifiées avec des cellules immunitaires humaines dans une boîte, le système immunitaire les a largement ignorées. Les lymphocytes T, qui se multiplient normalement rapidement lorsqu'ils rencontrent un tissu étranger, sont restés calmes et n'ont pas attaqué. De même, les macrophages, qui engloutissent et détruisent habituellement les cellules étrangères, ont laissé les cellules modifiées tranquilles. Cela s'est produit même lorsque les cellules immunitaires étaient stimulées pour être hautement agressives, suggérant que les cellules étaient effectivement invisibles pour les principaux mécanismes de défense du corps.

Il est intéressant de noter que les chercheurs ont découvert que la capacité des cellules à se cacher du système immunitaire ne dépendait pas uniquement du signal « ne pas manger ». Dans une découverte surprenante, les cellules qui avaient seulement les badges d'identification supprimés, mais pas le signal supplémentaire « ne pas manger », étaient également largement ignorées par les cellules tueuses naturelles. Cela suggère que les cellules souches limbiques possèdent certaines propriétés intrinsèques qui les protègent de ce type d'attaque spécifique, une découverte qui ajoute une nouvelle couche de compréhension à la façon dont ces cellules interagissent avec le système immunitaire. Cependant, le signal « ne pas manger » était toujours crucial pour empêcher les cellules d'être mangées par les macrophages, confirmant que la stratégie double consistant à supprimer l'identification et à ajouter un signal protecteur est l'approche la plus efficace.

L'étude a également examiné ce qui se passe lorsque ces cellules sont autorisées à mûrir en les différentes couches de la cornée. Même après que les cellules se soient différenciées et aient changé d'apparence, elles ont maintenu leur capacité à échapper à la détection immunitaire. C'est une découverte critique car une transplantation nécessite non seulement des cellules souches, mais aussi la capacité de former une structure tissulaire complète et saine. Les chercheurs ont confirmé que ces cellules modifiées pouvaient toujours s'organiser en une couche cornéenne appropriée et exprimer les marqueurs corrects d'un œil sain. Ils ont également noté que, bien que les cellules soient très efficaces pour éviter le système immunitaire en laboratoire, d'autres facteurs doivent être pris en compte pour un traitement en conditions réelles, tels que la compatibilité du groupe sanguin et le potentiel des cellules à causer d'autres problèmes si elles venaient à croître de manière incontrôlée.

Ce travail représente une preuve de concept, ce qui signifie qu'il démontre que l'idée fonctionne dans un cadre de laboratoire contrôlé. Les chercheurs ont montré qu'il est possible de créer un approvisionnement important et constant de cellules souches limbiques qui sont génétiquement modifiées pour être sûres pour n'importe quel patient. Bien qu'il ne s'agisse pas encore d'un traitement disponible à l'hôpital, cela jette les bases d'un avenir où un patient souffrant de cécité des deux yeux pourrait recevoir une transplantation sans avoir besoin de trouver un donneur compatible ou de prendre des médicaments immunosuppresseurs dangereux. Le passage du laboratoire à la clinique nécessitera des tests supplémentaires pour garantir la sécurité et l'efficacité à long terme, mais la capacité de générer ces cellules hypo-immunes à grande échelle offre un véritable espoir d'une solution universelle pour une affection qui, actuellement, ne laisse beaucoup de personnes sans remède.