La cicatrisation est un processus physiologique complexe destiné à protéger et réparer l’organisme. Notre pratique clinique nous confronte très souvent au processus de cicatrisation, en particulier des tissus muqueux et osseux. En fonction des situations cliniques, la cicatrisation est plus ou moins prévisible et en présence d’un tissu infecté le pronostic est moins bon. La cicatrisation des différents tissus suit une série de trois étapes bien définies (inflammation aiguë, néoformation et remodelage) et la résolution de chaque étape est nécessaire à la conclusion du processus. Ainsi, la présence de micro-organismes va prolonger la première étape pour instaurer un état d’inflammation chronique et ralentir ou empêcher la cicatrisation. Le cas particulier du tissu osseux met en évidence une interaction très fine entre les cellules osseuses et celles du système immunitaire.
La cicatrisation regroupe l’ensemble des processus biologiques mis en œuvre pour permettre une reconstruction au moins partielle des tissus après un trauma. Il existe quatre types de réponse à une blessure. La réparation est la cicatrisation normale des tissus chez un adulte face à un trauma. Elle correspond à la formation d’un tissu cicatriciel qui ne nuit pas à la fonction du tissu concerné. Lorsque la cicatrisation aboutit à une reconstruction ad integrum des tissus lésés, c’est-à-dire à un retour complet à l’état initial, on parle de régénération. La régénération totale après trauma est exceptionnelle. Elle survient dans certains tissus (le foie par exemple) ou chez l’embryon et le fœtus, ainsi que dans certaines espèces animales (salamandre, crabe).
D’un point de vue théorique, la régénération est supérieure à la réparation, parce qu’elle permet de revenir à l’état initial. En pratique, elle est rarement atteinte et la cicatrisation d’un tissu par réparation est très souvent compatible avec sa bonne santé et sa fonction. Enfin, deux types de cicatrisation pathologique peuvent survenir. La cicatrisation « excessive » (ou hypertrophique) correspond à la formation d’une cicatrice volumineuse qui modifie la structure du tissu et qui conduit à la perte partielle ou totale de sa fonction. Les fibroses, les adhérences, les brides ou les contractures sont des exemples de cicatrisation excessive.
Le Tégument et son Développement Embryonnaire
Le tégument (enveloppe du corps) est constitué par la peau et ses annexes. Ses multiples fonctions (protection, régulation thermique, réception sensorielle) dépendent de ses éléments constitutifs qui apparaissent au cours du développement. Dès la délimitation de l’embryon, à la 4° semaine du développement, l’ectoderme circonscrit complètement l’embryon et va se transformer en épiderme au cours du développement. Les couches sous-jascentes (derme et hypoderme) se différencient à partir des éléments mésenchymateux provenant du mésoblaste.
Au cours du 2° mois du développement, l’épithélium simple d’origine ectodermique est le siège de nombreuses divisions cellulaires. par des cellules provenant des crêtes neurales, les mélanoblastes. Au cours du 5° mois, la différenciation des cellules de la couche intermédiaire fait apparaître les cellules caractéristiques de l’épiderme appelées kératinocytes dont la stratification et l’évolution en plusieurs types cellulaires témoins de la kératinisation se précise pendant le dernier trimestre du développement fœtal.
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Au niveau des extrémités des membres (plante des pieds et pulpe des orteils, surtout paume de la main et pulpe des doigts) la surface de l’épiderme présente de fins bourrelets séparés de sillons qui dessinent des boucles, des arches et des volutes. Ces empreintes (dermatoglyphes), spécifiques pour chaque individu, dépendent de facteurs génétiques et mécaniques et sont fixées définitivement à partir de la fin du 5° mois de développement. Elles présentent un intérêt clinique (leurs anomalies peuvent être associées à certains syndromes dysmorphiques) et médico-légal.
Jusqu’à la naissance, les cellules cornées de la couche superficielle de l’épiderme desquament en surface et constituent, avec la sécrétion des glandes cutanées. Ultérieurement le renouvellement de l’épiderme est assuré par le maintien de l’activité mitotique de la couche basale (stratum germinativum). Le tissu mésenchymateux, provenant du mésoblaste latéral somatique. A partir du 4° mois du développement, il est envahi par les ébauches des poils et des glandes sudoripares qui proviennent de bourgeonnements de l’épiderme. Ce nom est donné à la couche la plus profonde du derme caractérisée par sa richesse en lobules graisseux.
Des anomalies mineures du développement de la peau peuvent se révéler à la naissance en particulier les variations des plis palmaires et des dermatoglyphes (parfois associées à des dysmorphies) ou les anomalies de la pigmentation.
La Cicatrisation Embryonnaire : Un Processus Sans Cicatrice
L'envie de faire disparaître des cicatrices est venue de manière inattendue au biologiste britannique Paul Martin. À la fin des années 1980, il s'intéressait au développement des membres du poulet. Jour après jour, un "miracle" se produisait devant ses yeux : "A chaque fois que l'on prélevait des tissus sur les embryons, ils guérissaient à toute vitesse sans aucune marque visible."
Ce phénomène de cicatrisation embryonnaire, qui permet une guérison sans cicatrice grâce à l’absence de phase inflammatoire, a captivé les chercheurs. Paul Martin a ensuite étudié les mouches drosophiles et a remarqué que leurs tissus, à l'état embryonnaire, se forment et se réparent selon les mêmes procédés moléculaires, comme si ce mécanisme était gardé en mémoire. Il a supposé qu'une compréhension de ce processus chez l'embryon permettrait une meilleure guérison des plaies chez l'adulte.
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Inflammation et Cicatrisation : Un Paradoxe
Au cœur des expériences de Paul Martin, un nouveau champ d'investigation est apparu : l'inflammation. Lors de toute lésion d'un tissu, l'organisme met en marche ce processus de défense pour barrer la route aux infections. Or cette inflammation génère une boursouflure qui devient cicatrice. M. Martin a alors décidé d'inciser une toute jeune souris dépourvue d'un des gènes commandant la formation des cellules inflammatoires. Il a découvert que la plaie se refermait vite sans laisser de marque, preuve que le mécanisme de défense n'est pas indispensable à la guérison. Seul problème : sans inflammation, le rongeur ne peut se défendre contre les microbes et son espérance de vie est de deux jours.
Il reste désormais à démontrer que ces conclusions sont transposables à l'homme, mais les recherches sont assez avancées pour avoir été relayées par la revue Nature. "Je cherche maintenant des stratégies pour réduire la réaction d'inflammation, sans pour autant priver l'humain de son meilleur mécanisme de défense immunitaire", explique le chercheur, qui veut "découvrir les thérapies pour bloquer la cicatrisation en milieu clinique".
Perspectives Thérapeutiques et Recherche Actuelle
M. Martin espère voir apparaître des traitements d'ici à la fin de la décennie, dont les bénéfices pourraient servir à des pathologies, "comme les fibroses du foie, l'arthrite, les maladies coronariennes et même certaines formes de cancer". Cette recherche a même alimenté une compétition entre laboratoires britanniques. Deux biologistes de l'université de Manchester, Mark Ferguson et Sharon O'Kane, ont créé l'entreprise Renovo, pour lancer d'ici à 2009 le premier médicament agissant sur l'inflammation et assurant "la prévention et la réduction de cicatrices". Le médicament, nommé Juvista, est aujourd'hui testé sur l'homme.
Rôle de la Nutrition dans la Cicatrisation
La nutrition joue un rôle primordial dans la cicatrisation. Le processus de cicatrisation physiologique est destiné à protéger et réparer l’organisme. Il devra pour cela synthétiser différentes cellules immunitaires et de prolifération pour restaurer l’intégrité de la barrière cutanée. Les macro et micronutriments, vitamines et oligo-éléments adéquates pourvoient aux différentes fonctions de synthèse protéique et fournissent l’énergie nécessaire à toutes ces réactions. En cas de dénutrition, ces différentes fonctions seront altérées, ce qui pourrait occasionner des retards de cicatrisation voire un hypercatabolisme qui affaiblirait l’état général du patient car les besoins nutritionnels sont augmentés en cas d’agression.
Développement de la Peau : Aspects Fondamentaux
La peau est un organe complexe organisé en trois couches, l’épiderme ( et ses annexes, les follicules pilo-sébacés et les glandes sudorales), le derme , et l’hypoderme . Son développement est un processus fascinant qui a été de mieux en mieux compris et a été le sujet de nombreux articles.
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Cellules Souches Embryonnaires et Différenciation Kératinocytaire
Les cellules souches embryonnaires (ES) sont capables de reproduire en culture les étapes majeures du développement précoce et sont donc un modèle de choix pour l’étude in vitro des mécanismes moléculaires mis en jeu lors des étapes successives d’une différenciation cellulaire et tissulaire. Des conditions expérimentales permettent la différenciation de cellules ES murines en kératinocytes, éclairant le rôle du morphogène BMP-4 dans l’orientation binaire neuroectodermale, et permettant aussi de récapituler en culture les principales étapes du développement embryonnaire de l’épiderme et de reconstruire in vitro un épithélium cutané fonctionnel. Ce modèle cellulaire unique permettra de comprendre la morphogenèse cutanée, d’identifier les évènements moléculaires mis en jeu au cours de l’embryogenèse lors du dialogue épithélio-mésenchymateux et pour le maintien de la multipotence des cellules souches épidermiques adultes. in vitro , thus providing a potentially unlimited supply of cells for cell-based therapy.
Rôle de l'Épiderme et Interactions Mésoderme-Ectoderme
L’épiderme participe à la fonction principale de la peau, qui est de résister à l’environnement et de s’en protéger. C’est un épithélium stratifié squameux en perpétuel renouvellement, grâce à la présence de cellules souches épidermiques multipotentes, localisées principalement dans le bulge folliculaire mais présentes également dans les espaces inter folliculaires et dans la glande sébacée. L’épiderme embryonnaire provient du feuillet ectodermique alors que le derme sous-jacent est issu du mésoderme. Au cours de l’embryogenèse, les interactions entre les cellules issues du mésoderme et celles provenant de l’ectoderme sont capitales pour la mise en place des différents tissus.
Facteurs Clés dans la Différenciation Épidermique
Au stade de gastrula précoce, deux zones se démarquent au niveau de l’ectoderme, une première qui va donner le périderme puis l’épiderme et une deuxième qui va donner le neuroectoderme. Cette séparation se fait sous l’influence d’un gradient entre les différents facteurs dorsalisant (comme la noggine, la chordine et la follistatine) et le principal facteur ventralisant qui est le Bone Morphogenetic Protein-4 (BMP-4). Le BMP-4 est un morphogène de la superfamille du TGF-β. Chez la souris, l’ébauche épidermique est unicellulaire jusqu’au jour 8.5 postcoïtum (pc) et les cellules qui la composent produisent les cytokératines K8 et K18, couple caractéristique des épithélia simples chez l’adulte.
Un des facteurs qui joue un rôle clé dans l’établissement et le devenir des cellules souches épidermiques à partir de cellules ectodermales est le facteur de transcription p63, membre de la famille p53. Dans les souris déficientes en Trp63 , l’absence de p63 ne perturbe pas la formation de l’ébauche ectodermique unicellulaire mais de profonds défauts surgissent lors de la différenciation. En effet, l’épiderme de ces souris reste un épithélium simple dépourvu de stratification et de différenciation terminale. Des travaux récents suggèrent que la différenciation et l’homéostasie épidermiques dépendent d’une balance subtile entre deux isoformes de p63, TAp63 et ∆Np63, codées par le même gène Trp63 .
La production de souris transgéniques a permis d’identifier d’autres gènes directement impliqués dans la formation et le renouvellement de l’épithélium cutané, dans son maintien et dans l’engagement folliculaire et sébocytaire. Par exemple, l’activation transitoire de c-myc dans la couche basale provoque l’engagement massif des cellules souches épidermiques en cellules progénitrices à amplification transitoire et leur différenciation ciblée en kératinocytes épidermiques et sébocytaires au détriment du follicule pileux. Le résultat est un appauvrissement en cellules souches, une réparation cutanée défectueuse et une perte progressive des poils. Il semble donc que les niveaux d’expression de c-Myc pourraient influencer le devenir des cellules souches épidermiques et également la multipotence de ces cellules.
Voies de Signalisation et Différenciation Cellulaire
L’expression constitutive de la bêta-caténine (voie de wnt activée) accélère la production massive de poils, aboutissant à la formation de pilocarcinomes, trichofolliculomes et pilomatricomes. À l’inverse, en absence de bêta-caténine dans la couche basale cutanée, les cellules souches épidermiques ne se différencient plus en kératinocytes folliculaires. De même, lorsque LEF1, le partenaire nucléaire de la bêtacaténine, est muté dans son domaine d’interaction avec la beta-caténine, la production et le maintien des poils sont abolis, au profit des glandes sébacées et éventuellement de la formation de tumeurs sébocytaires. Ces cellules sont pluripotentes, c’est-à-dire capables de produire tous les types cellulaires issus des trois feuillets embryonnaires (ectoderme, mésoderme et endoderme).
Modèles In Vitro de Différenciation Cutanée
En 1996, le groupe de F. Watt a démontré que les corps embryonnaires (CE), agrégats formés à partir de cellules ES cultivées en gouttes pendantes, récapitulent spontanément la différenciation cutanée embryonnaire avec l’apparition séquentielle des marqueurs épidermiques. Après 15 jours de culture, la paire K8/K18 est exprimée par quelques cellules des CE, suivie quelques jours plus tard de la détection de colonies de kératinocytes positifs pour la cytokératine K14. L’absence d’intégrine β1 perturbe totalement cet engagement kératinocytaire in vitro mais ce défaut peut être efficacement corrigé par l’ajout du KGF et du FGF-10, deux facteurs solubles sécrétés par les fibroblastes dermiques. Ceci confirme parfaitement la fonction inductrice du mésoderme sur la destinée ectodermale au cours du développement de la peau embryonnaire et chez l’adulte. Enfin, H. Green et collaborateurs ont montré récemment qu’un CE issu de cellules ES humaines reproduit la même succession de marqueurs spécifiques de l’engagement épidermique. Cependant, ces différents travaux se basent sur une différenciation spontanée des cellules ES, sans tentative de déterminer la nature des stimuli nécessaires à un tel engagement
Optimisation de l'Engagement Kératinocytaire
Dans un effort d’optimiser l’engagement kératinocytaire des cellules ES, l'influence éventuelle de matrices extracellulaires sur l’engagement kératinocytaire a été testée. Ces matrices sont produites par la culture sur lamelles de verre de lignées cellulaires ou de cultures primaires d’origine embryonnaire et/ou tissulaire différentes. Les cellules ES sont alors ensemencées sur ces « matrices acellulaires ». Les résultats ont permis d’identifier des matrices à fort pouvoir inducteur d’origine mésenchymateuse, confirmant le pouvoir instructeur du mésoderme. L’ajout au 4ème jour de culture du morphogène BMP-4 synergise l’effet inducteur de la matrice mésenchymateuse, l’action conjuguée des deux inducteurs permet la différenciation efficace des cellules ES en kératinocytes dès le 8ème jour de culture. De plus, un effet double du BMP-4 sur la population hétérogène a été démontré : le morphogène induit la mort par apoptose des précurseurs neuronaux (sox1 positifs) issus de la différenciation des cellules ES tout en stimulant l’engagement ectodermal et épidermique des cellules survivantes.
Caractérisation des Cellules Précurseurs des Kératinocytes
Au cours de cette différenciation in vitro , et à l’image du développement embryonnaire de l’ectoderme, une fraction des cellules exprime d’abord les cytokératines 8 et 18 (K8/K18), remplacées ensuite par les cytokératines 5 et 14, spécifiques des kératinocytes basaux. Deux lignées stables de cellules précurseurs des kératinocytes, caractérisées par une expression des cytokératines 8 et 18 et une absence des cytokératines 5 et 14, ont ainsi pu être isolées. Ces lignées n’expriment aucun marqueur d’ épithélia simples (hépatoblastique, pancréatique ou intestinal) connus pour exprimer, chez l’adulte, les cytokératines 8 et 18. Elles n’expriment plus les marqueurs spécifiques de cellules ES indifférenciées et elles ne forment pas de tumeurs lorsqu’elles sont injectées dans des souris nude . Leur caractère de cellules souches précurseurs épidermiques est mis en évidence par la présence, de manière sporadique, de quelques kératinocytes basaux K5/K14-positifs après culture à confluence de ces lignées. De plus, à l’instar du développement embryonnaire, l’expression exogène de l’isoforme TAp63 dans ces cellules les engage dans un processus de différenciation en kératinocytes K5/K14.
Reconstitution d'un Épiderme Fonctionnel In Vitro
Pour tester la fonctionnalité des kératinocytes néo-formés à partir des cellules ES, les cellules ES cultivées 8 jours sur une matrice inductrice en présence de BMP-4 ont été ensemencées sur une membrane inerte acellulaire constituée de polyester de cellulose. Après 8 jours en immersion suivis de 15 jours en interface air-liquide, des coupes en cryostat ont été préparées et révélées par coloration HES. L’histologie de cet épiderme montre une architecture très similaire à celle obtenue à partir de peau fœtale de souris. L’étude par immunofluorescence confirme les données histologiques : on identifie parfaitement la couche basale positive pour la cytokératine 14 alors que les autres couches granuleuses et cornées expriment comme attendu la cytokératine 10, la profilagrine et la cornéodesmine. De plus les partenaires constituant les structures d’ancrage des kératinocytes basaux à la membrane basale sont présents et la présence d’hémidesmosomes est confirmée par microscopie électronique.
De manière remarquable, on retrouve sous l’épiderme une assise de cellules différenciées qui produit et dépose dans la lame basale des constituants typiques du fibroblaste, tels que la laminine-1 et le nidogène. Le dépôt de cellules ES engagées dans la voie kératinocytaire permet ainsi de reproduire, sur membrane inerte, une architecture proche d’une peau physiologique avec un épiderme stratifié reposant sur un derme sous-jacent. Puisque seules des cellules ES en cours de différenciation ont été déposées sur la membrane de polyester de cellulose, les résultats démontrent que les conditions de culture utilisées ont été favorables non seulement à l’engagement épidermique mais également à la différenciation fibroblastique. Ce résultat confirme la conservation in vitro de l’étroit dialogue entre l’ectoderme et le derme pour la formation, au cours de l’embryogenèse, de ces deux tissus.
Défis et Perspectives de la Reconstitution de Peau Humaine
Depuis des années, un énorme investissement dans la reconstitution de peau humaine en laboratoire a été entrepris, afin de soigner les grands brûlés, les ulcères chroniques ou encore les pathologies liées à des défauts de cicatrisation. Cependant, leur utilisation dans le domaine de la chirurgie est insatisfaisante du fait des problèmes de rejet de ces allogreffes. L’autogreffe d’épiderme consiste à effectuer une biopsie cutanée sur le brûlé, cultiver ensuite les kératinocytes et regreffer l’épiderme reconstitué sur le patient. Cette reconstitution d’épiderme est une solution idéale, car tout rejet immunologique est dans ce cas évité ; cependant, la réalisation de ces autogreffes reste un processus lent (il faut plus de trois semaines de culture pour obtenir un épiderme reconstitué de taille raisonnable) et coûteux. De plus, une des limitations des autogreffes est l’absence d’annexes cutanées. Or, la présence de follicules pileux et de glandes sébacées et sudoripares est nécessaire pour obtenir une peau fonctionnelle, souple et thermorégulée. Il est donc nécessaire d’intensifier les recherches sur la mise au point de substituts de peau plus efficaces afin de pouvoir remplacer les allogreffes de peaux de cadavres qui sont actuellement les meilleurs substituts cutanés.
Potentiel des Cellules Souches Embryonnaires en Médecine Régénératrice
De par leurs caractéristiques, les cellules ES représentent un énorme potentiel en médecine régénératrice tel que la réparation d’organes ou de tissus endommagés. La détermination des conditions permettant d’engager la cellule ES à se différencier en kératinocyte, pourrait fournir une culture de kératinocytes à partir de ces cellules indifférenciées et cela de manière illimitée. En effet, les cellules sont facilement manipulables génétiquement et semblent capables d’induire in vivo une immunotolérance exceptionnelle. Par ailleurs, la peau constitue un tissu accessible à la thérapie génique, et il existe des espoirs raisonnables de soigner certaines maladies héréditaires de la peau, les troubles de la cicatrisation, les désordres systémiques et les cancers de la peau par ces techniques. Le transfert de gène dans ces cellules souches est donc une voie de recherche très prometteuse.
Techniques de Chirurgie Réparatrice des Cicatrices
Les techniques de chirurgie réparatrice des cicatrices sont multiples et varient en fonction de son aspect initial. Il est possible de la reprendre dans sa totalité pour la rendre plus fine. La consommation tabagique dans les semaines entourant une chirurgie peut entrainer des complications cicatricielles majeures, des échecs de la chirurgie et favorise les infections. Le patient rentre à son domicile le jour même. Il sera remis une ordonnance comprenant des antalgiques pour calmer la douleur. Le patient peut reprendre ses activités le jour même ou le lendemain.
Conseils et Suivi Post-Opératoire
Elle devient progressivement blanche et cesse d’évoluer au bout de 1 an et demi. Durant cette période, il faut la protéger du soleil pour éviter une pigmentation brune, la masser avec une pommade cicatrisante pour l’hydrater, l’assouplir et éviter les adhérences. Un devis précis vous sera remis lors de la consultation, un prise en charge partielle par la sécurité sociale et la mutuelle peut être possible car il s’agit le plus souvent de chirurgie réparatrice. Il peut y avoir un reste à charge pour le patient selon la prise en charge de la mutuelle.
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