Dr Joan Oliva : l’ingénierie tissulaire des feuillets cellulaires multicouches artificielles et la possibilité de guérir de nombreuses maladies grâce à la médecine régénérative

Le Dr. Joan Oliva Vilana est docteur en endocrinologie moléculaire et cellulaire. Il est directeur des études précliniques à Emmaus Medical Inc. et membre du Conseil éditorial de l’International Journal of Molecular Sciences.

Il est diplômé avec mention à l’Université de Montpellier II, en 2005. Le sujet de sa thèse de doctorat fut l’« Étude du mécanisme de la réduction au silence  induit par l’Hydroxytamoxifène, dans les cellules cancéreuses du sein ». Le but de son travail est de déterminer les modifications épigénétiques liées à la résistance du cancer du sein pendant le traitement au tamoxifène, un médicament pour traiter le cancer du sein. La résistance au cancer du sein est liée à la réduction au silence de gènes spécifiques pour toujours. Il a découvert que la réduction au silence des gènes dans le cancer du sein est dû à la méthylation de certains gènes, avec la participation des protéines HP1. Les protéines HP1 sont impliquées dans la condensation de l’ADN, ce qui modifie la structure de l’ADN.

Tous les travaux ont été présentés lors de différentes réunions scientifiques (plus de 60 présentations orales) : American Association for the Study of Liver Diseases, The American Society of Cell Biology, Keystone Symposia, FASEB Experimental Biology, Association for Research in Vision and Ophthalmology, International Society for Eye Research, International Society for Stem Cell Research, Society of Cryobiology. En outre, ses travaux ont été publiés dans des revues académiques internationales (plus de 50 publications) : Experimental Molecular Pathology, Hepatology, Alcoholism: Clinical and Experimental Research, World of Gastroenterology, The Journal of Pharmacy and Pharmacology, Tissue Engineering and Regenerative Medicine, International of Molecular Science, Ocular Surface, Journal of Ophthalmology, Regenerative Medicine, Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine. Avec cette expérience, il est devenu membre du conseil éditorial de l’International Journal of Molecular Sciences.

Domaine de recherche : Cellules souches, médecine régénérative, ingénierie tissulaire, maladies orphelines.

Votre travail scientifique a commencé par l’étude de l’épigénétique du cancer. Parlez-nous de vos recherches ultérieures.

J’ai été recruté par le Dr. S.W. French, à LA BioMed (2006-2011), pour travailler sur le projet « Étude des maladies du foie, du phénomène épigénétique, de la formation des corps de Mallory-Denk et de l’identification des marqueurs précoces d’hépatocarcinome ». Dans le premier projet, j’ai étudié l’effet de l’éthanol sur le foie, en particulier sur l’inhibition du protéasome et l’induction de modifications épigénétiques. L’inhibition du protéasome conduit à un mauvais recyclage des protéines et à une dérégulation de la fonction physiologique des cellules. L’accumulation de protéines dans le foie, due à l’inactivation du protéasome, entraîne des lésions hépatiques et altère son fonctionnement normal. La consommation d’éthanol induit un foie gras où des corps de Mallory-Denk (accumulation de protéines indésirables) peuvent être formés, comme conséquence de l’inhibition du protéasome. J’ai découvert que la protéine FAT10 est surexprimée dans les cellules du foie, formant des corps de Mallory-Denk, qui sont de mauvais pronostic pour la survie du patient.

Vous avez découvert que FAT10 et les corps de Mallory-Denk, surexprimés dans le foie humain, pouvaient former un hépatocarcinome.

Oui, nous avons découvert que la FAT10 pouvait être utilisée comme un marqueur précoce de la formation de tumeurs dans le cancer du foie. La surexpression du FAT10 a été détectée dans les cellules formant des corps de Mallory-Denk. Un phénomène similaire a été découvert dans l’hépatocarcinome humain, mais aussi dans les foies cirrhotiques.

Selon des études in vitro, l’une des causes de la formation de corps de Mallory-Denk et de la surexpression du FAT10 est une inflammation chronique, qui pourrait être utilisée comme cible thérapeutique pour diminuer le risque de formation de corps de Mallory-Denk. Dans les études in vitro, l’utilisation de la SAMe (un donneur de groupe méthyl) pourrait prévenir la formation de corps de Mallory-Denk, ainsi que l’expression du FAT10. Nous croyons que les donneurs de groupe méthyl pourraient diminuer la fréquence du cancer du foie ou améliorer la survie du patient. Cette hypothèse nécessite des études complémentaires (études in vitro et humaines) pour confirmer le rôle protecteur potentiel des donneurs de méthyle.

Parlez-nous de votre technologie avantageuse pour l’ingénierie de feuillets cellulaires multicouches artificielles.

Après avoir travaillé 4 ans en milieu universitaire, et avoir dirigé un projet d’étude des cellules souches du foie dans l’hépatocarcinome humain, j’ai progressivement travaillé plus dans le domaine de la médecine et de l’industrie régénérative, en dirigeant des projets liés aux cellules souches, entre LA BioMed (Torrance, Californie), CellSeed, Inc. (Tokyo, Japon) et Emmaus Medical, Inc. (Torrance, Californie). J’ai eu la chance de rencontrer le Dr. Y. Niihara. Il était à la recherche d’un expert dans le domaine de la biologie cellulaire et des cellules souches pour travailler sur un projet novateur et stimulant, basé sur une nouvelle technologie : l’ingénierie des feuillets cellulaires à partir de cellules souches adultes.

Le projet principal consistait à fabriquer des feuillets cellulaires pour remplacer les cornées endommagées dans le cas d’un déficit en cellules souches limbiques (DCSL). Le DCSL est causé par des maladies génétiques, par des inflammations ou des blessures chimiques. Habituellement, les patients atteints d’un déficit en cellules souches limbiques peuvent être traités avec la cornée de leur autre cornée saine, mais cette approche peut induire le développement d’un déficitde cellules souches limbiques dans la cornée saine. Une alternative consiste à utiliser la cornée de cadavres, mais dans ce cas, le risque de rejet est possible et un long traitement anti-rejet (appelé immunosuppresseur) est nécessaire, ce qui peut être néfaste, en plus de la faible disponibilité de donneurs.

Pour surmonter ces problèmes médicaux, on a découvert une nouvelle méthode basée sur l’ingénierie de feuillets cellulaires en utilisant vos propres cellules souches. Nous avons utilisé des cellules progénitrices épithéliales de la muqueuse buccale qui sont capables de produire un feuillet cellulaire multicouche autologues. Ces feuillets cellulaires peuvent être greffés sur des patients déficients en cellules souches limbiques mono ou bilatérales. Le feuillet cellulaire a été produit en utilisant des cellules épithéliales de la muqueuse buccale du patient, pour une greffe autologue. En utilisant des cellules progénitrices adultes de l’épithélium de la muqueuse buccale, j’ai pu créer des feuillets cellulaires multicouches qui ressemblent à l’épithélium cornéen. Des études in vitro ont montré que ces feuillets cellulaires autologues sont capables de régénérer les cornées endommagées, après leur transplantation sur la cornée endommagée.

La technologie des feuillets cellulaires peut-elle être utilisée pour le traitement d’autres maladies ?

Absolument, mais pour traiter d’autres maladies, vous devez choisir avec soin le type de cellules que vous voulez utiliser. Leur sélection dépend des organes ciblés. Par exemple, pour traiter la cornée, qui est un épithélium, le meilleur type de cellules à utiliser sont les cellules progénitrices épithéliales qui sont les précurseurs de l’épithélium. Bien sûr, ces cellules progénitrices épithéliales pourraient être utilisées pour réparer d’autres épithéliums comme la peau ou l’œsophage, qui sont de structure similaire. Un exemple étonnant qui peut inspirer la nouvelle génération de scientifiques dans le domaine de la médecine régénérative est une publication récente où l’épiderme entier d’un enfant a été reconstitué en utilisant des cellules épithéliales et génétiquement modifiées pour traiter une maladie génétique.

Un autre exemple est l’utilisation de cellules souches musculaires, présentes sur les muscles squelettiques. Après avoir été isolées, les cellules souches musculaires peuvent être cultivées in vitro pour créer des feuillets cellulaires. Les premières études cliniques ont été réalisées sur des patients atteints d’insuffisance cardiaque. Les feuillets de cellules musculaires sont placés directement sur la zone endommagée du cœur pour améliorer son activité fonctionnelle. Les premières études sur l’homme ont prouvé que ces feuillets cellulaires peuvent aider le cœur à ameliorer sa fonction, mais des travaux supplémentaires sont encore nécessaires.

Ce ne sont là que quelques exemples de maladies qui peuvent être traitées par les feuillets cellulaires, comme l’œsophage, l’estomac, les oreilles, la rétine, le cartilage endommagé, etc. En bref, il est toujours préférable d’utiliser les cellules souches situées dans les organes endommagés si cela est possible, mais ce n’est pas toujours le cas. C’est la raison pour laquelle j’ai décidé de créer des feuillets cellulaires en utilisant des cellules souches mésenchymateuses adultes, et surtout des cellules souches adipeuses qui sont abondantes et qui peuvent se différencier en différents types de cellules.

Quelles mesures avez-vous pris pour créer des feuillets cellulaires avec des cellules souches ?

De nombreux types de cellules souches peuvent être utilisés pour fabriquer des greffes de cellules stratifiées, mais le processus pour atteindre cet objectif est très difficile et précis. De plus, ce ne sont pas tous les types de cellules qui peuvent faire des feuillets cellulaires multicouches, mais je n’en parlerai pas, car cela pourrait prendre trop de temps. Cependant, les cellules souches adipeuses ont attiré mon attention pour différentes raisons. La première est qu’il est très facile de récolter de grandes quantités de cellules souches adipeuses, dans la graisse après une liposuccion. La deuxième est que ces cellules peuvent se transformer en n’importe quel type de cellules, ce qui en fait un très bon choix pour la thérapie cellulaire. Et enfin, leur probabilité de déclencher un rejet immunitaire de l’organisme est très faible. J’ai réussi à concevoir des feuillets cellulaires multicouches, en utilisant des cellules souches humaines dérivées du tissu adipeux, qui peuvent être greffées sur les patients ou être différenciées en différents types de cellules, comme je l’expliquerai plus tard.

Un autre aspect important de la technologie des feuillets cellulaires est leur cryopréservation. Une fois que les feuillets cellulaires sont prêts, ils doivent être greffés parce qu’ils peuvent être considérés comme une entité vivante. En me basant sur l’idée de la banque de sperme, j’ai décidé de cryopréserver les feuillets cellulaires dans de l’azote liquide. Les feuillets cellulaires ont été incubés avec des cryoprotecteurs pour éviter d’endommager le feuillet cellulaire par la glace qui se forme pendant le processus de congélation et pour maintenir la structure du feuillet cellulaire. Cette méthodologie permettra de créer une banque de feuillets cellulaires, disponible immédiatement pour les patients qui en ont besoin.

Quelles sont les applications de votre technologie de feuillets cellulaires ?

En me basant sur mon expérience dans l’ingénierie des feuillets cellulaires et dans l’inversion du déficit en cellules souches limbiques, j’ai rejoint Emmaus Medical, Inc. pour continuer à développer des méthodologies et des technologies d’ingénierie des feuillets cellulaires pour le traitement de maladies orphelines. Emmaus Medical, Inc. est une société pharmaceutique, financée par le Dr.  Y. Niihara, qui développe des traitements pour les maladies orphelines, comme un médicament approuvé pour traiter les patients atteints de drépanocytose.

Les cellules souches sont presentes dans les cancer, comme je l’ai découvert pendant mon post-doctorat, mais les cellules souches peuvent aussi être utilisées pour traiter la maladie. Au cours des 20 dernières années, on a investi énormément dans la recherche sur les cellules souches. J’étais intéressé à utiliser des cellules souches mésenchymateuses adultes pour traiter les maladies orphelines, et surtout les cellules souches dérivées du tissu adipeux. Mon intérêt pour les cellules souches adultes mésenchymateuses s’est accru parce qu’elles sont capables de se transformer en n’importe quel type de cellules comme des neurones, des cellules musculaires, des cellules épithéliales et bien d’autres.

Cette propriété leur donne la possibilité de traiter un large éventail de maladies. J’ai réussi à créer des feuillets cellulaires multicouches, en utilisant des cellules souches adipeuses, mais aussi des feuillets de cellules adipocytes (application potentielle : reconstruction de tissus), des feuillets d’ostéoblastes (application potentielle : réparation d’os) et des feuillets de chondrocytes (application potentielle : remplacement de cartilage). Les feuillets de cellules souches dérivées du tissu adipeux peuvent être prélevés et greffés sur tout organe endommagé, sans l’aide de suture et devraient améliorer le résultat du traitement. Différentes études réalisées en laboratoire ont montré l’avantage de greffer des feuillets de cellules entières, dans une zone spécifique, par rapport à l’injection de cellules isolées dans l’organisme. En effet, les cellules isolées injectées peuvent migrer de façon ectopique dans l’organisme et peuvent mourir rapidement alors que les greffons sont placés directement sur les organes endommagés, avec un temps de survie plus long.

De plus, les cellules souches dérivées du tissu adipeux peuvent être facilement isolées de la graisse et en grandes quantités. Surtout, ces cellules ne déclenchent pas de rejet en raison de la compatibilité non immunitaire, comme dans le cas de la transplantation d’organes. De plus, mes récents travaux d’ingénierie des feuillets de cellules humaines avec des cellules souches adipeuses ont abouti à un brevet. La mise au point de feuillets de cellules dérivées du tissu adipeux a été une grande réalisation qui ouvre des voies dans le domaine de la thérapie par les cellules souches et de la médecine régénérative. D’autres études permettront d’apprendre comment les feuillets cellulaires différenciés peuvent améliorer la fonction des organes endommagés.

Quand la technologie des feuillets cellulaires sera-t-elle disponible pour traiter les patients ?

Il est difficile de répondre à cette question, et la réponse sera différente selon le type de feuillet cellulaire et la maladie. Même si les progrès dans la connaissance et l’application des feuillets cellulaires sont de plus en plus importants, nous devons garder à l’esprit que nous sommes qu’à l’aube de ce domaine d’étude. En comparaison avec le test et l’utilisation de médicaments, les agences nationales (i.e. les USA : Food and Drug Administration ; Union européenne : Agence Médicale Européenne, Japon : Pharmaceuticals and Medical Devices Agency) n’ont pas suffisamment de contexte et d’expérience pour évaluer le risque des thérapies par des cellules souches pour les patients. Si nous utilisons le développement du médicament comme référence, de la preuve de concept à l’approbation finale et à la commercialisation d’un médicament, il s’écoule en moyenne 12 ans.

De plus, seulement 0,02% des médicaments développés sont approuvés pour leur commercialisation, ce qui est un très faible pourcentage. Pour la thérapie cellulaire, il est encore plus difficile de répondre, car comme je l’ai mentionné, nous n’avons pas suffisamment d’expérience dans ce domaine. Un exemple est le développement de la thérapie cellulaire pour traiter la cécité, il a fallu 25 ans avant qu’elle soit approuvée en Europe (https://www.nature.com/news/behind-the-scenes-of-the-world-s-first-commercial-stem-cell-therapy-1.17022). Ce délai semble très long, mais l’objectif des agences est d’assurer la sécurité des patients traités avec des cellules, comme les feuillets cellulaires. Peu de thérapies cellulaires approuvées dans le monde sont utilisées pour traiter les patients et elles suscitent de grands espoirs pour le traitement des patients, dans un avenir proche.

Interview: Ivan Stepanyan

Read more: Science moderne et ingénierie avec Ivan Stepanyan ...