Des cellules souches neurales humaines entraînent la régénération de la moelle épinière chez le rat
Newswise – 13 sept. 2018 – Des chercheurs financés par NIBIB ont généré des lignées stables de cellules souches neurales de la moelle épinière en laboratoire. Une fois transplantées dans un modèle de lésion de la moelle épinière chez le rat, les cellules ont permis une importante régénération de neurones fonctionnels le long de la colonne vertébrale.
L’équipe de recherche de l’Université de Californie à San Diego a utilisé des cellules souches pluripotentes humaines (hPSCs) pour créer et maintenir des cellules souches neurales de la moelle épinière (NSCs) qui sont devenues plusieurs types de neurones lors de la transplantation dans un modèle de lésion de la moelle épinière chez le rat. Les NSCs ont régénéré de vastes régions de la moelle épinière et un grand nombre d’axones fonctionnels ont poussé sur de longues distances pour innerver leurs tissus cibles. Ces études ont été financées en partie par l’Institut national d’imagerie et de bio-ingénierie biomédicales (NIBIB) et ont été publiées dans le journal scientifique Nature Methods.
« Les scientifiques sont très enthousiastes à propos du potentiel d’utilisation des cellules souches neurales pour traiter un certain nombre de troubles de la moelle épinière, notamment les lésions de la moelle épinière », a déclaré le Dr. Rosemarie Hunziker, directrice du programme de régénération des tissus au NIBIB. « Cependant, le problème pour apporter cette innovation aux patients est la capacité de contrôler les cellules nerveuse fonctionnelle particulière, tout en préservant leur capacité à proliférer et à fournir un grand nombre de ces cellules. »
La recherche a été dirigée par le Pr. Mark H. Tuszynski, professeur de neurosciences au Center for Neural Repair de l’Université de Californie à San Diego. Le défi pour Tuszynski et ses collègues était de développer un système permettant de cultiver un grand nombre de NSC en culture cellulaire afin de constituer une source fiable de greffe. Le problème qu’ils ont dû surmonter était la tendance de ces cellules à se transformer en différents types de cellules neurales, ce qui les empêche de croître. Cela limite considérablement le nombre de NSCs non différenciés pouvant être produits pour des expériences.
Le groupe a utilisé des cellules souches embryonnaires humaines (hESCs) traitées avec diverses combinaisons de protéines, telles que le facteur de croissance des fibroblastes, qui favorise la croissance. Les protéines qui bloquent les facteurs qui inhibent la croissance sont un ajout important au mélange, ce qui favorise la croissance cellulaire indifférenciée. « Notre mélange a stimulé à la fois la croissance cellulaire et éliminé les facteurs qui bloquent la croissance cellulaire, ce qui a donné une lignée cellulaire de cellules souches neurales de la moelle épinière que nous avons pu continuer à développer », a déclaré Tuszynski.
Un aspect critique de ce nouveau système de culture cellulaire était qu’il maintenait les cellules en croissance en tant que cellules souches neurales, tout en maintenant leur capacité à devenir différents types de cellules neurales lorsqu’elles étaient placées dans un environnement tel que le site d’une lésion médullaire chez le modèle de rat.
« Grâce à notre capacité à développer et à maintenir un grand nombre de cellules souches neuronales non différenciées, nous pensons que l’avancement des essais cliniques sur l’homme pourrait ne prendre que cinq ans », a déclaré le Dr. Hiromi Kumamaru. « Cependant, la sécurité et l’efficacité des cellules devront tout d’abord être établies dans le cadre d’études supplémentaires chez le rat et les primates non humains. »
Au-delà des thérapies de transplantation, Tuszynski a expliqué que leur capacité à différencier les NSCs en plusieurs types de neurones de la moelle épinière devrait être extrêmement utile pour la modélisation de maladies en culture cellulaire afin de tester des thérapies potentielles pour une variété de troubles neuraux incluant la sclérose latérale amyotrophique et les atrophies musculaires progressives.
Human Neural Stem Cells Drive Spine Regeneration in Rats
13-Sep-2018 – Newswise – NIBIB-funded researchers generated stable lines of spinal cord neural stem cells in a laboratory dish. Once transplanted into a rat model of spinal cord injury, the cells enabled robust regeneration of functional neurons along the length of the spine.
The research team from the University of California, San Diego, used human pluripotent stem cells (hPSCs) to create and maintain spinal cord neural stem cells (NSCs) that became multiple types of neurons when transplanted into a rat model of spinal cord injury. The NSCs regenerated extensive regions of the spinal cord and large numbers of functional axons that extended over long distances to innervate their target tissues. The studies were supported, in part, by the National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB) and reported in the September issue of Nature Methods1.
“Scientists have been very enthusiastic about the potential to use neural stem cells to treat a number of spinal cord disorders including spinal cord injury, amyotrophic lateral sclerosis, and spinal muscular atrophy,” said Rosemarie Hunziker, Ph.D., director of the NIBIB Tissue Regeneration Program. “A real bottleneck in bringing this innovation to patients, however, is the ability to control the cell’s identity as a particular functional nerve cell, while preserving its ability to proliferate and provide a large number of these cells.”
The research was led by senior author Mark H. Tuszynski, M.D., Ph.D., Professor of Neurosciences, Center for Neural Repair, University of California, San Diego. The challenge for Tuszynski and his colleagues was to develop a system to grow large numbers of NSCs in cell culture to be used as a reliable source for transplantation. The problem they had to overcome was the tendency of these cells to change into different types of neural cells, which causes them to stop growing. This severely limits the number of undifferentiated NSCs that can be produced for experiments.
The group used human embryonic stem cells (hESCs) treated with various combinations of proteins such as fibroblast growth factor that encourages growth. An important addition to the mix, which further prompted undifferentiated cell growth was proteins that block factors in the cell that inhibit growth. “Our concoction both drove cell growth and removed factors that block cell growth, resulting in a cell line of spinal cord neural stem cells that we were able to keep growing and expanding,” said Tuszynski.
A critical aspect of the novel cell culture system was that it kept the cells growing as neural stem cells, while maintaining their ability to become different types of neural cells when placed in an environment such as the site of spinal injury in the rat model.
“With the ability to expand and maintain large numbers of undifferentiated neural stem cells, we believe that advancement to human clinical trials could be in a time frame of as little as five years,” said first author Hiromi Kumamaru, M.D., Ph.D. “However, the safety and efficacy of the cells will first have to be established in additional studies in rats and non-human primates.”
Beyond transplantation therapies, Tuszynski explained that their ability to differentiate the NSCs into multiple types of spinal cord neurons should prove extremely valuable for disease modelling in cell culture to test potential therapies for a variety of neural disorders including amyotrophic lateral sclerosis and progressive muscular atrophies.
Source : https://www.newswise.com//articles/human-neural-stem-cells-drive-spine-regeneration-in-rats