L'étude des cellules souches et de l'œuf fécondé ouvre des perspectives fascinantes dans le domaine de la biologie et de la médecine. Bien que ces deux entités partagent la capacité de générer de nouvelles cellules, leurs propriétés, leur potentiel de développement et leurs implications sont fondamentalement différents. Cet article vise à explorer en profondeur les distinctions entre un œuf fécondé et une cellule souche, en mettant en lumière leurs caractéristiques uniques et leurs applications potentielles.
La Reproduction Sexuée et l'Œuf Fécondé
Le seul mode de reproduction des mammifères et de l’homme dans la nature est la reproduction sexuée : une cellule reproductrice mâle (gamète mâle ou spermatozoïde) féconde une cellule reproductrice femelle (gamète femelle ou ovule ou ovocyte) pour former un oeuf. Celui-ci se divise et prend le nom d’embryon. L’information génétique (génome) du nouvel individu formé à partir de la fusion des deux gamètes est le résultat du brassage de celle de ses parents.
Un embryon est un organisme en cours de développement. En règle générale, le terme couvre toutes les étapes, de l’oeuf fécondé à la naissance. Chez l’homme, le terme n’est utilisé que pendant les deux premiers mois de la grossesse. Au-delà, et par simple convention, l’embryon prend le nom de fœtus ; il présente à ce moment les grands traits de la morphologie d’un individu à sa naissance.
Les Étapes Clés du Développement Embryonnaire Humain
La fécondation et les premiers stades du développement se déroulent dans la trompe utérine. La fécondation in vitro (FIV) reproduit en laboratoire les deux premiers jours du développement (de la fécondation au stade d’embryon composé de quatre cellules). L’embryon parvient dans l’utérus après trois ou quatre jours de cheminement dans la trompe utérine. Il s’implante au sixième jour dans la paroi de l’utérus. À ce stade, l’embryon est constitué d’une centaine de cellules de deux types bien distincts : les unes (l’enveloppe externe) produiront le placenta et les autres (la masse cellulaire interne) donneront naissance à toutes les cellules du futur individu. Le premier organe à apparaître est le cœur, qui se met à battre dès le quatorzième jour. À ce moment, apparaissent également les premières cellules nerveuses ; cependant, l’essentiel du système nerveux central et des organes des sens ne seront réellement en place qu’au cinquième mois. Dans l’état actuel de la médecine, un prématuré peut être maintenu en vie et assisté dans la fin de son développement dès qu’il a atteint vingt semaines.
Le Rôle Crucial du Placenta
Le placenta est l’organe qui assure les échanges entre l’embryon et l’utérus de sa mère. Il est le produit des cellules de l’enveloppe externe de l’embryon de cinq à sept jours et de leurs interactions avec l’utérus. Il est relié à l’embryon par le cordon ombilical. Il est difficile d’imaginer le développement complet d’un embryon in vitro, sans recours à une mère, car on ne sait pas aujourd’hui reproduire les interactions complexes qui se produisent dans le placenta, entre l’embryon et sa mère.
Lire aussi: Consommation d'œufs de lump enceinte
Cellules Souches : Définition et Types
Une cellule souche est une cellule qui reste capable de se diviser tout au long de la vie, assurant le renouvellement des cellules d’un individu. La division d’une cellule souche produit une nouvelle cellule souche (cellule de « réserve ») et une cellule s’engageant dans un processus de différenciation qui la conduira à remplir une fonction précise. Tous les êtres vivants pluricellulaires possèdent des cellules souches. Elles sont à l’origine de tous les tissus et en assurent le renouvellement (remplacement des cellules disparaissant par vieillissement ou par lésion). Les cellules souches sont à l’origine de la régénération des membres chez certains animaux (lézards, tritons, etc.).
Classification des Cellules Souches
Non.
- Les cellules souches unipotentes ne produisent qu’une seule sorte de cellules différenciées (exemple : cellules souches utilisées pour les greffes de peau).
- Les cellules souches multipotentes ne produisent qu’un nombre restreint de types cellulaires (exemple : les cellules souches de la moelle osseuse donnent naissance aux globules rouges, aux différentes sortes de globules blancs et aux plaquettes).
- Les cellules souches pluripotentes peuvent donner pratiquement tous les types cellulaires.
- Les cellules souches totipotentes peuvent donner naissance à un individu complet car elles sont, comme l’oeuf, capables de participer à la formation de tous les tissus d’un individu adulte ainsi qu’à celle du placenta.
Une cellule différenciée est une cellule capable de remplir une mission précise : globule rouge transportant l’oxygène dans le sang, cellules de l’intestin absorbant les nutriments, etc. Elle se caractérise donc par une fonction physiologique spécifique, une morphologie particulière et la synthèse d’un ensemble de molécules propre à chaque type de différenciation. Il existe environ deux cents types de cellules différenciées chez l’homme. Les cellules différenciées sont organisées en tissus. Chacun d’eux est composé d’un petit nombre de types cellulaires. Une autre caractéristique de la cellule différenciée est qu’elle ne se divise pas. La majorité des cent mille milliards de cellules d’un adulte ne se divise plus. Cependant, à chaque seconde, plus de vingt millions de cellules de notre organisme se divisent pour maintenir constant le nombre de cellules (remplacement des cellules disparaissant par vieillissement ou par lésion). Le seul maintien du nombre de globules rouges nécessite deux millions de divisions cellulaires par seconde. Ces cellules qui se divisent sont les cellules souches.
Cellules Souches Adultes (Multipotentes)
C’est une cellule souche capable de donner naissance à un ou plusieurs groupes de cellules ayant une fonction particulière. Par exemple, les cellules souches présentes dans la moelle osseuse produisent les globules rouges, les globules blancs et les plaquettes. Les cellules souches multipotentes jouent un rôle essentiel en assurant le renouvellement des cellules. Elles sont appelées aussi cellules souches adultes ou cellules souches somatiques.
Des cellules souches adultes ont pu être extraites de la plupart des tissus, y compris du cerveau et de la moelle épinière. Cependant, elles sont rares (une cellule souche pour dix ou quinze milles autres cellules dans la moelle osseuse) et difficiles à identifier. La culture des cellules souches au laboratoire est encore loin d’être maîtrisée. La moelle osseuse et le sang du cordon ombilical sont particulièrement riches en cellules souches adultes. Les cellules souches du sang de cordon ombilical peuvent être prélevées à la naissance et conservées pour un usage ultérieur. Elles sont utilisées à des fins de recherche ou pour soigner par thérapie cellulaire le donneur ou ses frères et sœurs. Il existe une centaine de banques de sang de cordon ombilical, principalement en Europe et en Amérique du Nord, qui se chargent de leur conservation. Les trois quarts de ces banques sont des institutions sans but lucratif.
Lire aussi: Grossesse et Œuf Mimosa : ce qu'il faut savoir
Cellules Souches Embryonnaires (Pluripotentes)
Dans l’embryon de cinq à sept jours, il existe un amas de cellules (masse cellulaire interne) capables de produire pratiquement tous les tissus sauf le placenta. Elles ne peuvent donc plus produire un embryon viable. On dit que ces cellules sont pluripotentes. Ces cellules sont aussi appelées cellules souches embryonnaires. Il existe encore des cellules souches pluripotentes chez l’embryon âgé de cinq à dix semaines. Elles sont situées dans la zone qui donnera plus tard les testicules ou les ovaires. Elles sont appelées cellules germinales embryonnaires ou cellules germinales primordiales.
La principale source de cellules souches embryonnaires est l’embryon de cinq à sept jours. Chez l’homme, les cellules souches sont extraites des embryons surnuméraires (non implantés dans un utérus et conservés par congélation) produits à l’occasion d’une fécondation in vitro (FIV). Des cellules souches embryonnaires peuvent aussi être extraites des embryons issus d’une interruption volontaire de grossesse. Ce sont des cellules germinales primordiales. Elles ont approximativement les mêmes propriétés que les cellules souches extraites de l’embryon de cinq à sept jours.
Cellules Souches Totipotentes
L’œuf fécondé, et très vraisemblablement chacune des huit premières cellules qui en dérivent, peuvent chacun donner naissance à un être complet. On dit que ces cellules sont totipotentes. Elles peuvent être observées au laboratoire à l’occasion d’une fécondation in vitro (FIV).
Comparaison Détaillée : Œuf Fécondé vs. Cellule Souche
Totipotence vs. Pluripotence et Multipotence
L’œuf fécondé est doté de totipotentialité : il est capable de donner naissance à l’ensemble des types cellulaires d’un organisme. Ces propriétés perdurent un temps variable selon les espèces.
Une cellule souche totipotente porte en elle la capacité de former un individu entier. La plus belle illustration en est évidemment l'embryon nouvellement fécondé : une seule cellule qui donnera, pour l'être humain, un corps constitué de milliards de cellules de plus de 200 types différents. Quatre ou cinq jours après la fécondation, l'œuf est composé d'une centaine de cellules. C'est une sphère comprenant une couche périphérique (qui formera le placenta et d'autres membranes), entourant une cavité et une masse cellulaire interne. À ce stade, les cellules de la masse interne peuvent encore donner naissance à tous les types cellulaires de l'adulte, mais pas à un organisme entier. Elles sont dites pluripotentes. Avec le développement de l'embryon, elles se spécialisent vers des lignées à l'origine des différents tissus. Ce sont toujours des cellules souches, mais, comme elles sont un peu plus engagées vers un tissu spécifique, on les appelle multipotentes.
Lire aussi: Diagnostic de l'œuf clair
Origine et Obtention
- Œuf Fécondé : Issu de la fusion naturelle ou assistée (FIV) d'un spermatozoïde et d'un ovule.
- Cellules Souches Embryonnaires : Extraites de la masse cellulaire interne d'embryons de 5 à 7 jours, souvent des embryons surnuméraires de FIV.
- Cellules Souches Adultes : Isolées de divers tissus adultes, comme la moelle osseuse, le sang de cordon ombilical, ou le tissu adipeux.
Capacité de Différenciation
- Œuf Fécondé : Totipotent, capable de donner naissance à un organisme complet, incluant les tissus embryonnaires et extra-embryonnaires (placenta).
- Cellules Souches Embryonnaires : Pluripotentes, capables de se différencier en tous les types cellulaires de l'organisme adulte, mais pas en tissus extra-embryonnaires.
- Cellules Souches Adultes : Multipotentes, avec une capacité de différenciation limitée à certains types cellulaires spécifiques à leur tissu d'origine.
Applications Potentielles
- Œuf Fécondé : Principalement utilisé dans le cadre de la procréation assistée.
- Cellules Souches Embryonnaires : Recherche fondamentale, développement de thérapies cellulaires pour des maladies dégénératives, criblage de médicaments.
- Cellules Souches Adultes : Thérapie cellulaire pour la réparation tissulaire, traitement de maladies hématologiques (greffe de moelle osseuse), et développement de la médecine régénérative.
Défis et Contraintes
- Œuf Fécondé : Questions éthiques liées à son utilisation à des fins autres que la procréation.
- Cellules Souches Embryonnaires : Controverses éthiques concernant la destruction d'embryons, risque de formation de tumeurs (tératomes).
- Cellules Souches Adultes : Rareté, difficulté d'isolement et de culture, potentiel de différenciation limité.
La Reprogrammation Cellulaire : Une Révolution
Les cellules différenciées étaient jusqu’il y a peu considérées comme irréversiblement établies dans une fonction déterminée. différenciée est capable de retrouver une totipotentialité de type embryonnaire. Durant l’année 1999, quatre expériences ont révélé que des cellules souches tissulaires peuvent se réorienter dans d’autres directions à condition d’être placées dans un environnement déterminé. Dans le numéro du 2 juin 2000 de Science, une équipe suédoise rapporte une série d’expériences montrant que des cellules-souches nerveuses de souris possèdent un répertoire de différenciation extrêmement large lorsqu’elles sont placées dans des conditions bien déterminées. Les manipulations ont été pratiquées in vitro (culture des cellules-souches nerveuses en présence de matériel embryonnaire) et in vivo (injection de ces cellules dans la cavité amniotique d’embryons de poulet, avant la gastrulation (1ere différenciation entre les 3 tissus) ou dans des blastocystes de souris, réalisant ainsi des animaux chimériques). In vitro, les cellules-souches nerveuses se différencient en tissu musculaire. In vivo, le répertoire de différenciation est infiniment plus large. Ce faisceau d’expériences va sans aucun doute mobiliser les efforts des chercheurs pour essayer de comprendre les mécanismes moléculaires à l’œuvre dans ces changements d’orientation et pour mieux les maîtriser. Sur le plan éthique, ces découvertes modifient radicalement le statut des possibles futures thérapies cellulaires. Elles suggèrent en effet que le développement de cette voie que l’on espère thérapeutique pourra s’effectuer sans recourir ni aux cellules-souches embryonnaires humaines, ni au clonage thérapeutique. Il reste à la philosophie à développer simultanément le principe d’individuation dans la perspective d’une interprétation des différentes situations produites par le développement des sciences de la vie.
Cellules Souches Pluripotentes Induites (iPS)
Si Shinya Yamanaka et ses collègues de l'Université de Kyoto ont provoqué un « séisme scientifique » en 2006, qui leur a valu le prix Nobel six ans seulement après leur découverte, c'est parce qu'ils ont réussi à « créer » des cellules souches pluripotentes à partir de n'importe quelle cellule différenciée de l'organisme. Chez certains animaux, la reprogrammation se produit spontanément, et chez d'autres, on savait déjà reprogrammer des cellules différenciées, notamment par transfert de noyau dans l'ovocyte.
Comme nous l'avons rapidement évoqué, un programme est l'ensemble des informations qui confèrent à une cellule son identité et donc sa fonction. Ces informations sont stockées dans le noyau, dans l'adn des gènes. Pour que ces informations spécifiques soient décodées et que le programme soit réalisé, il faut que les gènes qui les portent soient activés (c'est-à-dire que l'adn soit transcrit en arn, eux-mêmes traduits en protéines), et seulement eux, alors que les autres sont réprimés et silencieux. On peut ainsi identifier la « signature » spécifique de n'importe quelle cellule, et on connaît notamment les gènes qui s'expriment spécifiquement dans une cellule souche pluripotente embryonnaire. Citons les plus emblématiques : Oct4, Sox2, Nanog, Lin28.
Ainsi, la découverte de S. Yamanaka ne tient pas tant au concept de reprogrammation qu'à la mise au point d'une technique beaucoup plus simple que le transfert d'un noyau entier dans un ovocyte.
Organoïdes : Des Modèles Miniatures d'Organes
Depuis une dizaine d’années, les biologistes cultivent in vitro des versions miniatures de nos organes. En imitant leur structure et leurs fonctions, ces organoïdes ouvrent la voie à de nombreuses applications : tester des médicaments, personnaliser les soins ou améliorer la thérapie cellulaire.
Deux types de cellules souches sont utilisés. « Dans ces organes, les cellules souches se divisent constamment pour renouveler les tissus - en quelques jours pour l’intestin - et les réparer en cas de lésion. C’est ce phénomène que nous mettons à profit en laboratoire pour fabriquer des organoïdes », explique Céline Cougoule, de l’Institut de pharmacologie et biologie structurale1. Les organoïdes peuvent aussi être engendrés à partir de cellules souches dites « induites » (ou iPS). Ce sont des cellules adultes différenciées qui ont été reprogrammées génétiquement à l’état de cellules souches.
Applications des Organoïdes
Les organoïdes constituent tout d’abord un formidable matériau vivant pour décrypter les maladies. En effet, comme ils peuvent être créés à partir de cellules souches provenant de malades, ces agrégats en 3D reproduisent les anomalies tissulaires des patients. Ce qui permet de mieux comprendre les mécanismes moléculaires ou cellulaires à l’origine des pathologies.
C’est là que les organoïdes entrent en jeu : depuis 2015, des chercheurs hollandais font pousser des copies d’intestins dérivées de cellules de la muqueuse rectale prélevées sur ces patients. Ils peuvent alors tester sur ces structures cellulaires l’efficacité des médicaments - en déterminant si la fonction du gène est restaurée. En cas de succès, la molécule peut alors être prescrite aux patients.
Limites et Défis des Organoïdes
Aussi impressionnants soient-ils, les organoïdes ne sont en effet que des fragments miniatures d’organismes, non inclus dans un tout. Qui plus est, « ces mini-organes sont encore loin de mimer l’ensemble des fonctions de nos organes comme la capacité de détoxification du foie ou les échanges en oxygène pour le poumon », ajoute Jean-Luc Galzi. Autre limite : l’absence dans ces structures de systèmes immunitaire, nerveux ou vasculaire.
Implications Éthiques et Légales
La révision des lois de bioéthique en France et la publicité faite aux résultats des recherches sur les cellules souches et l’embryon humain ont réactualisé certains débats sur la dignité humaine et le « statut de l’embryon ». Savoir quand débute la vie humaine, et par conséquent, à partir de quand il y a lieu de la respecter comme telle, ne relève pas de la biologie.
En France, la recherche sur l'embryon et les cellules souches embryonnaires est régie par les lois de bioéthique de 2004, qui ont été révisées en 2011. Les embryons utilisés pour ces recherches sont des embryons surnuméraires congelés après une procédure de fécondation in vitro réalisée dans le cadre d'un projet parental. Ceux qui ne font plus l'objet d'un tel projet peuvent être donnés à la recherche après consentement du couple dans les termes définis par les lois de bioéthique. La dissection et la culture des cellules du bouton embryonnaire entraînent la destruction de cet embryon, destruction qui est la source du débat éthique suscité par les recherches sur les cellules souches embryonnaires humaines.
Parce qu’ils ne sont pas des entités naturelles mais des répliques de nos organes créées par l’ingénierie biologique à partir de cellules souches, les organoïdes soulèvent des questions éthiques inédites. Constituent-ils de simples objets ? Ou doit-on leur accorder le statut moral de l’entité qu’ils miment ?
tags: #oeuf #fécondé #et #cellule #souche #différences