Quelle est la structure des cellules souches ?

Pendant que vous lisez ceci, des chercheurs du monde entier sont dans leurs paillasses de laboratoire, cherchant comment un jour développer de nouveaux tissus et organes à partir de cellules individuelles. Si vous pensez que cela ressemble à quelque chose d'un film de science-fiction, vous n'êtes pas seul. Pourtant, cette recherche pourrait déboucher sur une percée scientifique qui changerait la façon dont les professionnels de la santé traitent un large éventail de maladies humaines dans le monde réel.

Les objectifs ultimes de cette recherche peuvent être vastes, mais le sujet de recherche est si infiniment petit que vous ne pouvez même pas le voir à l'œil nu. Le sujet est cellules souches. Grâce à leurs caractéristiques uniques, ces cellules étonnantes ont le potentiel de changer l'avenir de la science et de la médecine.
En savoir plus sur les avantages et les inconvénients de la recherche sur les cellules souches.

Vous savez que la reproduction sexuée nécessite qu'un spermatozoïde et un ovule se réunissent et forment un

Mais vous êtes-vous déjà demandé comment cette seule cellule pouvait se diviser en des milliards et des milliards de cellules dans un corps humain? Et comment une seule cellule peut-elle donner naissance à autant de types de cellules différents – à la fois des cellules de la peau et des cellules du cerveau, par exemple ?

Lorsque le zygote commence à se diviser (avant de s'implanter dans l'utérus), les cellules résultantes sont en fait des cellules souches. Les scientifiques disent que ces cellules flexibles sont à la fois proliférant et pluripotent. Cela signifie que les cellules se divisent facilement pour produire beaucoup, beaucoup plus de cellules - et elles peuvent se développer en n'importe quel type de cellule spécialisée par le biais de cellules souches. différenciation.
En savoir plus sur l'explication de la spécialisation cellulaire.

À première vue, les parties d'une cellule souche ne semblent pas si spéciales à première vue. Comme toutes les cellules du corps humain, les cellules souches partagent toutes quelques structures communes. Ceux-ci inclus:

• UNE membrane cellulaire, qui est une bicouche lipidique entourant la cellule qui laisse certains matériaux entrer dans la cellule et en empêche d'autres d'entrer.
  
• Cytoplasme, qui est le bouillon liquide à l'intérieur de la cellule.
  
• UNE noyau, qui contient toutes les informations génétiques de la cellule stockées sous forme d'ADN.

Entre la fécondation dans les trompes de Fallope et l'implantation dans l'utérus, l'embryon passera d'une simple feuille de cellules souches à un groupe organisé de cellules - appelé un gastrula – avec trois couches germinales. Ceux-ci finiront par donner naissance à tous les nombreux types de cellules, tissus et organes qui composent un fœtus humain entier (bien que toujours très petit).

La couche la plus externe, appelée ectoderme, donne naissance aux cellules de la peau et aux tissus du système nerveux. La couche intermédiaire, ou mésoderme, produit des cellules sanguines, du tissu conjonctif, des cellules musculaires et du tissu placentaire qui maintient le fœtus en vie in utero. La couche intérieure, appelée endoderme, crée les parois de l'intestin, des poumons et du tractus urogénital.

Grâce à la pluripotence, les cellules souches peuvent se différencier et devenir n'importe lequel de ces types de cellules après implantation. Ces cellules souches associées au développement normal des embryons sont l'un des trois types de cellules souches utilisées par les scientifiques. Les chercheurs les appellent cellules souches embryonnaires humaines, ou CSEh.

Les cellules souches embryonnaires utilisées par les scientifiques ne proviennent jamais de la fécondation traditionnelle à l'intérieur des trompes de Fallope d'un humain réel. Au lieu de cela, les scientifiques les créent dans des tubes à essai en utilisant in vitro fécondation (FIV). Ces cellules souches embryonnaires se retrouvent généralement dans les laboratoires de recherche après que les personnes utilisant la FIV pour créer des familles aient terminé le processus et donné les embryons congelés supplémentaires à la science (plutôt que de les détruire).

Pour les chercheurs, l'utilisation de cellules souches embryonnaires présente certains avantages par rapport à d'autres types de cellules souches. Les cellules souches embryonnaires sont assez faciles à trouver et sont simples à cultiver. Plus important encore, les cellules souches embryonnaires sont de véritables ardoises vierges qui peuvent donner naissance à pratiquement n'importe quel type de cellule lors de la différenciation des cellules souches.

Tout comme les cellules le font après l'implantation dans un utérus vivant, les cellules souches embryonnaires du laboratoire s'agglutinent naturellement en corps embryoïdes et commencent à se différencier en cellules spécialisées. Les scientifiques qui cultivent des cellules souches embryonnaires en culture doivent maintenir des conditions spécifiques dans le milieu de culture pour éviter que cela ne se produise.

En permettant aux cellules souches de proliférer sans se différencier, les scientifiques créent lignées de cellules souches embryonnaires. Les scientifiques peuvent ensuite congeler ces lignées cellulaires et les envoyer à d'autres laboratoires pour des projets de recherche ou des cultures plus poussées. Pour être qualifiées de lignée cellulaire, les cellules souches embryonnaires doivent :

• Cultivez indifférencié en culture cellulaire pendant au moins six mois.
• Être pluripotent ou capable de se différencier en n'importe quel type cellulaire.
• Ne pas avoir d'anomalies génétiques.

Lorsque les chercheurs sont prêts à ce que les cellules d'une lignée de cellules souches embryonnaires deviennent des types de cellules spécifiques, par exemple pour un projet de recherche, ils modifient simplement le milieu de culture ou injectent des gènes spécifiques dans la cellule souche pour déclencher la cellule souche différenciation.

Il s'avère que de nombreux tissus matures du corps humain pleinement développé s'accrochent à des cellules indifférenciées pendant un jour de pluie. Celles-ci cellules souches adultes - appelé quelques fois somatique cellules souches – s'activent lorsque le corps a besoin de nouvelles cellules. Cela se produit afin de tenir compte du renouvellement et de la croissance cellulaires normaux et également de réparer les tissus après une blessure ou une maladie.

Les scientifiques ont trouvé des cellules souches adultes dans une grande variété d'organes et de tissus, tels que :

• Vaisseaux sanguins.
• Moelle osseuse.
• Cerveau.
• Intestin.
• Cœur.
• Foie.
• Ovaires.
• Sang périphérique.
• Muscle squelettique.
• Dents.
• Testicules.

Les cellules souches adultes se trouvent généralement dans des zones spécifiques, appelées niches de cellules souches. Contrairement aux cellules souches embryonnaires, qui peuvent se différencier en n'importe quel type de cellule, la différenciation des cellules souches adultes est limitée et spécifique aux tissus. Cela signifie que les cellules souches adultes se différencient généralement en seulement les types cellulaires associés au tissu dans lequel elles résident.

Par exemple, les cellules souches adultes du cerveau ne deviendront que des cellules nerveuses ou des cellules cérébrales non neuronales. Voici quelques autres cellules souches adultes bien connues et leurs types de cellules spécialisées :

• Cellules souches hématopoïétiques se trouvent dans la moelle osseuse et donnent naissance à des cellules sanguines, notamment des globules rouges et des cellules du système immunitaire.
• Les cellules souches mésenchymateuses se trouvent dans la moelle osseuse (et certains autres tissus) et donnent naissance à des cellules osseuses, des cellules cartilagineuses, des cellules graisseuses et des cellules stromales.
• Cellules souches épithéliales se trouvent profondément dans la muqueuse de l'intestin et donnent lieu à absorbant cellules, gobelet cellules, entéroendocrinien cellules et Paneth cellules.
• Cellules souches de la peau se trouvent dans la couche basale de la peau et donnent lieu à kératinocytes qui forment une couche protectrice à la surface de la peau.

Des scientifiques ont observé lors d'expériences que certaines cellules souches adultes se différenciaient en cellules spécialisées. autre que le type cellulaire attendu, qui est similaire à la précieuse pluripotence des cellules souches embryonnaires. Cependant, ce transdifférenciation est rare et n'affecte qu'un petit segment de cellules souches lorsqu'il se produit. Les chercheurs ne savent pas si cela se produit chez l'homme.

Les cellules souches adultes présentent certains inconvénients pour les scientifiques. Ils sont rares et difficiles à cultiver en laboratoire. Ils ont également des limites quant à leur capacité de division et aux types de cellules qu'ils peuvent devenir. Cependant, les cellules souches adultes ont un avantage distinct: elles sont probablement moins susceptibles de déclencher rejet immunitaire car ils pourraient être prélevés sur le propre corps d'un patient.

En 2006, les chercheurs ont découvert un autre type de cellule souche: cellules souches pluripotentes induites, ou iPSC. Ce sont des cellules souches adultes que les scientifiques reprogramment pour agir davantage comme des cellules souches embryonnaires. Cependant, il n'est pas encore clair s'il existe des différences cliniques significatives entre les cellules souches pluripotentes induites et les cellules souches embryonnaires. Les scientifiques utilisent déjà les iPSC pour des travaux importants, tels que le développement de médicaments et la modélisation de maladies humaines à des fins de recherche.

Il y a des obstacles techniques à surmonter avant que les chercheurs puissent utiliser ces cellules souches pluripotentes induites pour des applications plus directes. En plus de confirmer que ces cellules souches ne sont pas fondamentalement différentes des cellules souches embryonnaires cellules souches, les chercheurs doivent concevoir de nouvelles techniques pour fabriquer des cellules souches pluripotentes induites dans la première endroit. La méthode actuelle utilise des virus comme véhicule de reprogrammation, ce qui a montré des effets secondaires graves, tels que le cancer, dans les études animales.

En plus de cribler de nouveaux médicaments pour l'industrie pharmaceutique et de servir de modèles de maladies pour des projets de recherche, les scientifiques pensent que les cellules souches pourraient créer de nouveaux (et passionnants) traitements cellulaires possible. Cela signifie qu'un jour les laboratoires pourraient produire de nouveaux organes et tissus pour les personnes qui ont besoin de greffes plutôt que de dépendre de donneurs d'organes et de tissus.

Cela pourrait ressembler à des scientifiques utilisant des cellules souches pour fabriquer des cellules du muscle cardiaque qu'ils peuvent transplanter chez des personnes atteintes d'une maladie cardiaque chronique. Les études animales actuelles suggèrent que les cellules souches stromales de la moelle osseuse sont prometteuses pour cette application, bien que le mécanisme précis ne soit pas encore clair. Les scientifiques ne savent pas si les cellules souches donnent naissance à de nouvelles cellules du muscle cardiaque ou des vaisseaux sanguins - ou si elles font tout autre chose.

Un autre exemple théorique est le diabète de type 1. Les scientifiques espèrent différencier les cellules souches embryonnaires humaines en cellules productrices d'insuline. Le système immunitaire des personnes atteintes de diabète perturbe ces cellules et les empêche de faire leur travail. Les scientifiques se demandent s'ils pourraient un jour différencier les cellules souches en cellules productrices d'insuline et les transplanter chez les patients.

En plus des maladies cardiaques et du diabète, d'autres maladies et affections humaines pensent que cette avancée médicale pourrait affecter sont vastes et comprennent :

• Brûle.
• Dégénérescence maculaire, qui peut entraîner une perte de vision.
• Arthrose et polyarthrite rhumatoïde.
• Lésion de la moelle épinière, qui peut provoquer un engourdissement, une perte de fonction ou une paralysie.
• Coup.

Bien entendu, pour apporter ces nouvelles thérapies à de vrais patients, les scientifiques devront maîtriser chaque étape de ce processus théorique. Cela signifie qu'ils doivent :

• Cultivez suffisamment de cellules souches pour construire physiquement le tissu ou l'organe.
• Stimuler les cellules souches pour qu'elles se différencient en le bon type de cellule.
• Assurez-vous que les cellules souches différenciées peuvent survivre à l'intérieur du corps du patient.
• Assurez-vous que les cellules souches différenciées s'intègrent correctement dans les tissus receveurs à l'intérieur du corps du patient.
• Attendez-vous raisonnablement à ce que le nouveau tissu ou organe fasse le travail pour lequel il a été conçu tout au long de la vie du patient.
• Assurez-vous que les nouvelles cellules ne causent aucun dommage collatéral au patient, comme le cancer.

Par définition des cellules souches, ces étapes semblent réalisables en utilisant des cellules souches embryonnaires, mais nécessiteront de nombreuses années de recherche sérieuse sur plusieurs fronts. C'est pourquoi la recherche sur les cellules souches est un domaine si actif dans les sciences professionnelles - et aussi pourquoi elle est une priorité pour de nombreux enseignants et étudiants en sciences.

Bien que le résultat ultime de la recherche sur les cellules souches soit encore à venir, l'amélioration de la compréhension générale de la structure des cellules souches et du fonctionnement de la différenciation des cellules souches est un excellent moyen de faire partie de ce nouveau la science.