Projet ANR-10-RFCS-0003 – HD-SCT : Evaluation préclinique d’une thérapie cellulaire de la maladie de Huntington fondée sur l’utilisation de cellules souches pluripotentes
Programme : Recherche finalisée sur les cellules souches (RFCS)
Année de financement : 2010
Coordinateur du projet : Monsieur Anselme Perrier (INSTITUT NATIONAL DE LA SANTE ET DE LA RECHERCHE MEDICALE - DELEGATION PARIS XII)
Partenaires : CELLECTIS; Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives; Institut des Cellules Souches pour le Traitement et l'Étude des Maladies Monogéniques
Montant : 617340.0 euros
Date de début : 2011
Durée : 36 mois
Résumé : Evaluation préclinique d’une thérapie cellulaire de la maladie de Huntington fondée sur l’utilisation de cellules souches pluripotentesHD-SCT  est un projet de recherche fondamentale et pré-clinique dans le domaine des cellules souches et de la thérapie cellulaire des maladies neurodégénératives. HD-SCT traite de l'exploration du potentiel des cellules souches pluripotentes humaines (hPSC) comme une source cellulaire efficace, sûr et cliniquement pertinente pour le traitement de la maladie de Huntington.
Quel est le potentiel thérapeutique des cellules souches embryonnaires humaines pour lutter contre la maladie de Huntington.La maladie de Huntington (HD), est une maladie génétique dévastatrice. Une caractéristique neuro-pathologique principale de HD est la dégénérescence neuronale particulièrement grave dans le striatum. Les dysfonctionnements du cerveau qui en résulte débute à l'âge adulte, les patients meurent habituellement entre 15 à 20 ans après l’apparition des premiers symptômes. Chez les patients atteints par la HD, la prédominance de la pathologie striatale dans les premiers stades de la maladie explique sans doute le succès relatif de la thérapie cellulaire « substitutive » pour la première fois présenté en 2000 (essai clinique réalisé à Créteil (Bachoud-Levi et al. 2000)). Malheureusement, les difficultés logistiques d’approvisionnement en neuroblastes obtenus à partir de foetus avortés (cellules responsables de l’effet thérapeutique), limite fortement le nombre de patients éligibles à ce  type de traitement. Une source alternative de greffon est donc indispensable.HD-SCT se propose de construire sur les acquis récents de la biologie des cellules souches et des essais cliniques avec des cellules fœtales chez les patients HD afin de 1) démontrer le potentiel thérapeutique de la transplantation de dérivées de cellules souches pluripotentes de primate dans une configuration pré-clinique (allogreffe) et 2) de développer et valider les protocoles et les procédures qui seront nécessaires à la constitution de banques de greffons congelés composée de population striatales issues de cellules souches pluripotentes humaines utilisable en clinique. L'impact global de HD-SCT devrait en fin de compte être d’accélérer l’application clinique des cellules souches pluripotentes humaines pour le traitement de la maladie de Huntington.
Nucléases, cellules souches pluripotentes et modèle animal de la maladie de Huntington.La première tâche du programme traite du développent et du test de plasmides nécessaires à la production de lignées d’hPSC transgéniques « site » spécifique. Ces cellules seront conçues en utilisant une nucléase artificielle permettant l’intégration ciblée d'un transgène d'intérêt (par exemple un gène marqueur) dans le génome humain. La deuxième tâche consiste en une thérapie cellulaire expérimentale chez le singe modèle de la maladie de Huntington. Le noyau caudé et le putamen de 12 singes Macaca fascicularis adultes ont été lésés en utilisant de l'acide quinolinique. L’induction de symptômes caractéristiques de HD est évaluée à l'aide de plusieurs tests de comportement visant à détecter et quantifier les déficits moteurs et cognitifs qui rappellent ceux observés chez les patients HD. L'objectif est d'établir la preuve de principe de l’effet thérapeutique de greffon issues de cellules souches pluripotentes pour les patients HD dans une configuration pré-clinique (allogreffe). La troisième tâche du programme traite des protocoles de production et de mise en banque de greffons striataux nécessaire aux greffes prévues chez le singe HD. L'objectif de cette tâche est de développer des protocoles compatibles avec les standards d’utilisation en clinique pour la production et la mise en banque (congélation) de population striatales issues de cellules souches embryonnaires humaines (y compris à partir d’une lignée de grade clinique).
Résumé de la soumission : La maladie de Huntington (MH) est une maladie monogéniques dévastatrice. Il n'existe aucun traitement connu de cette pathologie. Les symptômes (moteurs, cognitifs, psychiatriques) sont associés à une dégénérescence massive des neurones moyens épineux GABA du striatum.  Les patients ne survivent que 15-18 ans à l'apparition des premiers symptômes. Un essai clinique récent a montré que la MH serait améliorée par une approche de thérapie cellulaire fondée sur l’utilisation de cellules  fœtales humaines. Cependant, cette technique est contrainte par d’importants problèmes logistiques et éthiques qui en limitent considérablement l’application clinique. Des types cellulaires plus adaptés à une utilisation en milieu hospitalier sont donc requis au plus vite. Identifier et valider l’efficacité thérapeutique de telles cellules reste une étape incontournable du redéploiement clinique de la stratégie de thérapie cellulaire. En raison de leur énorme potentiel de différenciation et d’autorenouvellement, les cellules souches pluripotentes humaines pourraient constituer, de parfaits candidats au remplacement des cellules embryonnaires précédemment utilisées.  En effet, nous avons démontré récemment que les cellules ES d’homme peuvent être différenciées en progéniteurs, puis en neurones du striatum aussi bien in vitro qu’in vivo chez le rat, dans un modèle de la MH. Ceci suggère un réel potentiel thérapeutique de ces types de cellules.Le programme de recherche HD-SCT proposé, s’appuiera sur les avancés récentes en biologie des cellules souches, sur les essais pré-cliniques et cliniques utilisant des cellules fœtales réalisés dans des modèles singes de la MH et chez des patients. Les objectifs de HD-SCT sont d’évaluer le potentiel thérapeutique des cellules souches pluripotentes dans un contexte pré-clinique (allogreffe) et de développer les protocoles nécessaires à l'établissement de banques de « grade clinique » de lots progéniteurs de neurones striataux, prêts à l'emploi, standardisés et surs. L’efficacité thérapeutique des tissues fœtaux greffés aux patients MH a été validée dans des  modèles de la MH chez le primate. Cela s’explique par le fait que les neurones humains se développent trop lentement pour être évalués chez le rat. De plus, les tests cognitifs et moteurs chez le singe sont plus pertinents. Enfin une stratégie de thérapie celllulaire « allogreffe » est mieux à même d’imiter  la situation  clinique (réponse immunitaire de l'hôte en réponse à la greffe). En conséquence, notre premier objectif est d'évaluer le potentiel thérapeutique des cellules striatales  provenant de cellules ES et iPSC de singe dans un modèle simien de la MH. Plusieurs techniques de neuro-imagerie et de multiples tests comportementaux seront  utilisés afin de mesurer la fonctionnalité du greffon, sa maturation et son intégration anatomique. En parallèle, le deuxième objectif de ce projet sera de modifier les protocoles de différenciation mis au point dans le cadre de la recherche académique afin de les adapter aux normes de qualité « grade clinique », indispensables à une utilisation en milieu clinique. La question du développement des protocoles nécessaires à la  constitution de banques de cellules striatales « prêtes-à-greffer » sera également étudiée. Enfin,  HD-SCT abordera la génération d’une lignée de cellules souches pluripotentes « prêtes-pour-la-transgénèse »  en testant la technologie de recombinaison homologue facilitée par l’utilisation de méganucleases sur les cellules ES.  L’impact attendu du programme HD-SCT est d'accélérer le développement d’une application clinique de cellules souches pluripotentes humaines pour le traitement de la maladie de Huntington. Pour cela, HD-SCT s'appuiera sur un consortium de trois partenaires expérimentés dans le domaine de la biologie des cellules souches, des études  précliniques chez le primate, des études cliniques chez des patients MH et de l’ingénierie génomique.
Résultats : Au cours des 18 premiers mois du projet, le consortium HD-SCT a produit plusieurs enzymes de restriction artificielles visant des loci uniques jugées «inoffensif« pour l'intégration de séquences d'ADN transgéniques dans le génome humain. Lorsque ces enzymes sont utilisées avec les matrices de réparation d'ADN associés, codant un gène rapporteur (GFP / luciférase), l’activité de ces nucléases favorisent considérablement la recombinaison ciblée de ces matrices non seulement dans le génome des cellules HEK293 mais aussi dans celui de cellules souches pluripotentes humaines.
En parallèle, le consortium a démontré la faisabilité d'utiliser le modèle d'acide quinolinique de la HD dans un primate non humain pour  induire non seulement des symptômes  moteurs mais aussi  des symptômes  cognitifs mesurables qui ressemblent à ceux observés chez les patients atteint de la HD. Après 6 mois de suivi, 2 des 4 animaux lésés par l'acide quinolinique (injection intra-striatale) ont présenté des défauts cognitifs et moteurs marqués. Ces observations ont par ailleurs été corrélées avec l'emplacement et la taille des lésions observées par IRM (T2).
Enfin, le consortium a identifié les conditions pour générer de manière optimale de précurseurs de la partie ventrale du télencéphale qui possèdent la capacité à se différencier en neurones striataux de projection. Ce sous-type de neurones striataux constitue la population cible pour la thérapie cellulaire de HD. Ces conditions impliquent l'utilisation de modulateurs pharmacologiques des voies SMAD, WNT et SHH dans un milieu de culture de cellules entièrement défini afin d’induire la neuralisation des hPSC et de les spécifier et les régionaliser de manière appropriée (voir illustration ci-dessous).
Perspectives : Les nucléase artificielles et les matrices de réparation associées développées par le consortium permettront l'introduction contrôlée dans un lieu « inoffensif » de séquences transgéniques qui pourraient aider à gérer les effets négatifs potentiels de la thérapie cellulaire basé sur les cellules souches humaines. Cela inclut en particulier l'introduction d'un gène suicide tel que la Tymidine kinase dans une lignée de cellules souches pluripotentes humaines de grade clinique.
La production de greffon striataux à partir de cellules souches pluripotentes de singe combinée avec la validation du modèle HD chez le singe pour le suivit des symptômes moteurs et cognitifs autorise maintenant l'évaluation thérapeutique des cellules souches pluripotentes pour la HD dans une configuration d’allo-transplantation.
L'impact global de HD-SCT devrait en fin de compte être d’accélérer l’application clinique des cellules souches pluripotentes humaines pour le traitement de la maladie de Huntington.
Publications et brevets : aucun