INTRODUCTION — POURQUOI RECHERCHER LA SUPPLÉANCE CEL-

LULAIRE POUR LE TRAITEMENT DU DIABÈTE TYPE I ?

Bien que d’énormes progrès dans le traitement insulinique des patients diabétiques aient été réalisés ces dernières années, le rêve des patients diabétiques reste l’insulino-indépendance.

Plusieurs études cliniques [1, 2] ont démontré qu’une régulation optimale des glycémies par insulinothérapie intensive peut prévenir, ou au moin retarder, des complications diabétiques, proportionnellement à la baisse de l’hémoglobine glyquée. Malheureusement, la fréquence des épisodes d’hypoglycémie sévère est triplée avec ce traitement, ce qui handicape considérablement certains patients [3]. De plus, une insulinothérapie intensive n’est pas toujours facile à suivre [4]. La transplantation d’un pancréas est actuellement la seule possibilité thérapeutique par laquelle traiter un diabète de type I sans administration d’insuline et sans prendre le risque d’augmenter les épisodes d’hypoglycémie. Chez le patient diabétique type I en insuffisance rénale, une transplantation rein-pancréas ne permet pas seulement une amélioration incontestable de la qualité de vie [5], mais surtout une prolongation significative de la survie par rapport à une greffe de rein seul [6]. La transplantation de pancréas nécessite pourtant une chirurgie majeure et peut être grevée de complications importantes. Une greffe de pancréas ne normalise pas seulement les glycé- mies, mais diminue plusieurs facteurs de risque cardiovasculaire comme le taux des lipides [7] ou la tension artérielle [8]. La diminution des facteurs de risques cardiovasculaires explique l’amélioration du pronostic vital du patient avec un diabète Type I en insuffisance rénale. La greffe combinée rein-pancréas est le traitement de choix pour le patient diabétique Type I en insuffisance rénale terminale ou pré- terminale et il n’y a plus d’argument raisonnable pour effectuer chez ces patients une greffe de rein seule, une fois que l’indication à une transplantation a été posée.

Cependant la place de la transplantation isolée de pancréas, soit comme pancréas seul, soit comme pancréas après rein, doit encore être mieux définie. Les résultats de la greffe de pancréas seul sont encore inférieurs à la greffe combinée [9] et le geste chirurgical est plus difficile à défendre s’il n’est pas nécessaire de greffer en même temps un rein.

L’ensemble de ces données médicales, ainsi que le désir du patient diabétique de pouvoir mener une vie sans s’injecter de l’insuline et sans recourir à des mesures de glycémies fréquentes et fastidieuses, motivent la recherche de remplacement de la fonction des cellules β par une méthode moins invasive que la greffe de pancréas.

LA GREFFE D’ÎLOTS DE LANGERHANS : L’ACQUIS

L’avantage de la transplantation d’îlots est la simplicité de l’intervention pour le patient. La transplantation d’îlots, provenant du pancréas d’un donneur cadavéri- que, offre la possibilité de remplacer les cellules β, détruites par la maladie diabétique. Lors de la préparation, les îlots sont séparés du tissu environnant par une méthode semi-automatique. Une collagénase est injectée dans le canal pancréatique ; le tissu conjonctif est ensuite digéré par cette enzyme à 37° et les îlots sont libérés par une dissociation mécanique dans une chambre de digestion.

La difficulté de cette procédure est de digérer l’organe suffisamment pour pouvoir isoler les îlots, mais sans détruire leur architecture. Pour pouvoir produire des préparations de bonne qualité, qui donneront des greffons fonctionnels, une longue expérience est nécessaire. Ce fait a ralenti le développement de la transplantation de façon importante et explique pourquoi une dizaine de centres seulement dans le monde obtiennent des résultats reproductibles.

Les îlots sont généralement maintenus en culture pendant quelques heures ou un maximum de 2 à 3 jours avant transplantation. Le protocole d’Edmonton original recourt à des îlots fraîchement isolés. Les îlots sont injectés juste après l’isolement et si nécessaire de manière répétée à partir de préparations de plus d’un donneur, afin d’augmenter le nombre de cellules greffées. Les îlots sont injectés dans la veine porte du foie sous contrôle radiologique. Une fois injectés, les îlots sont emportés par le flux sanguin et s’implantent dans les capillaires hépatiques. C’est là que les îlots commencent à produire l’insuline, comme ils le feraient au niveau du pancréas, en quelque sorte, le foie effectue désormais le travail normalement dévolu au pancréas.

Depuis le début des années 1970, l’isolement et la transplantation d’îlots de Langerhans ont été développés, mais jusqu’en 2000 les tentatives pour appliquer une telle méthode chez l’homme ont fréquemment échoué. Les problèmes majeurs dans la réalisation d’une transplantation d’îlots chez les patients diabétiques de Type I ont été et demeurent encore la purification d’un nombre suffisant d’îlots viables et les effets diabétogènes de l’immunosuppression, indispensables pour prévenir un rejet ou une récidive de la maladie diabétique auto-immune.

L’absence d’un marqueur qui détecte précocement un rejet ou une récidive autoimmune imminente du diabète, rend le suivi après une greffe d’îlots encore plus difficile. En conséquence, les résultats cliniques de l’allogreffe d‘îlots chez le patient diabétique de Type I en termes de survie du greffon mais surtout en termes d’insulino-indépendance ont été assez décevants, bien que plusieurs groupes aient pu obtenir des résultats intéressants [10].

L’insulino-indépendance n’était atteinte que chez 10 à 25 % des patients transplantés après un délai de 2 à 6 mois après la transplantation, moment de la réduction des corticoïdes et des taux de la ciclosporine [11]. Néanmoins, l’insulino-indépendance peut persister sur plusieurs années [12]. Dans la série genevoise, une insulinoindépendance de plus de 7 ans a été observée chez une patiente diabétique Type I ayant bénéficié d’une greffe d’îlots après greffe rénale [13]. L’efficacité de la transplantation d’îlots est aussi à relativiser par le grand nombre de donneurs nécessaires pour établir un programme clinique opérationnel. Dans le réseau GRAGIL (Groupe de Recherche Rhin Rhône Alpes Genève pour la transplantation d’Ilots de

Langerhans) seulement une préparation d’îlots sur 3 a pu être transplantée, et en général le receveur avait besoin de 2 préparations pour obtenir un nombre suffisant d’îlots [11, 14, 15]. Les difficultés pour obtenir un nombre suffisant d’îlots s’expliquent d’une part par la variabilité de la qualité de l’organe prélevé et d’autre part par la mauvaise reproductibilité de la collagénase, enzyme nécessaire pour digérer le pancréas lors de l’isolement d’îlots.

Le groupe d’Edmonton au Canada a obtenu une amélioration importante des résultats cliniques de la greffe d’îlots [16-18]. Parmi les modifications proposées par ce groupe, il faut souligner l’élimination complète des corticoïdes, une immunosuppression combinant le tacrolimus, la rapamycine et un anticorps contre le récepteur de l’interleukine 2 et la transplantation d’un nombre plus important d’îlots, provenant de plusieurs donneurs. En plus, les receveurs choisis ont été des patients présentant un diabète instable avec des hypoglycémies fréquentes et mal ressenties, mais ayant une fonction rénale encore conservée.

Ces patients ont bénéficié d’une greffe d’îlots seule [16-18]. Pour les premiers patients transplantés à Edmonton, les résultats à un an après la greffe, avec une survie des greffons d’îlots proche de 100 % et un taux d’insulino-indépendance de 85 %, étaient spectaculaires et comparables aux résultats rapportés pour une greffe de pancréas entier [17-19]. Jusqu’en avril 2003, 51 patients diabétiques type I ont bénéficié d’une transplantation d’îlots à Edmonton avec un taux d’insulinoindépendance après une année d’environ 80 % (résultats non-publiés) confirmant les résultats obtenus dans la première série. En été 2003, les résultats de la première étude multicentrique de transplantation d’îlots utilisant le protocole d’Edmonton, seront publiés. Les résultats de cette étude représentent une étape importante pour le passage de la greffe d’îlots expérimentale à l’application clinique plus large.

LA SUPPLÉANCE CELLULAIRE POUR LE TRAITEMENT DU DIABÈTE TYPE I : LES PERSPECTIVES

Si la transplantation d’îlots de Langerhans se développe au point de devenir une alternative thérapeutique efficace pour tous les patients diabétiques, le nombre de pancréas humains provenant de donneurs d’organes multiples deviendra vite insuffisant. Aux Etats-Unis, chaque année le diagnostic de diabète Type I est posé chez 75 000 personnes et 1 sur 500 enfants est diabétique [20]. A l’heure actuelle, on compte 17 millions de patients diabétiques aux Etats Unis, dont 5-10 % présentent un diabète Type I [20] mais seulement 6 000 donneurs d’organes multiples sont disponibles par an comme source d’îlots de Langerhans allogénique [21].

Les îlots de porc ont été proposés comme source alternative et quasi illimitée. La fonction métabolique sera le plus probablement adéquate. L’insuline de porc a été utilisée pendant des années et ne se distingue que par un seul acide aminé de son homologue humain.

 

Des progrès considérables ont été faits dans l’isolement des îlots porcins adultes.

Bien que certains groupes aient réussi à isoler de grandes quantités d’îlots porcins fonctionnels [22, 23], les résultats restent variables et les îlots porcins adultes survivent difficilement en culture et après transplantation. Cependant, l’isolement d’îlots porcins néonataux est plus fiable. En outre, les îlots néonataux ont le potentiel de prolifération, soit en culture, soit après transplantation [24, 25].

Bien que des essais cliniques aient déjà eu lieu en Suède [26], en Nouvelle-Zélande [27] et récemment au Mexique [28], le rejet de la xénogreffe encore peu maîtrisé et la problématique des xéno-zoonoses représentent des obstacles encore importants.

L’implantation de tissu xénogénique a provoqué beaucoup de controverses éthiques et épidémiologiques [29]. Les xéno-zoonoses représentent un souci majeur avec le risque potentiel de transmettre des pathogènes au receveur et ses proches [30].

Plusieurs pathogènes sont bien connus et il a été démontré que des rétrovirus porcins peuvent infecter des cellules l’homme [31]. Malheureusement, s’il est fort probable que tous les porcs portent des rétrovirus endogènes. Il n’y a pas de preuve clinique que ces rétrovirus endogènes porcins représentent un risque réel pour l’humain. [32].

Il y a plusieurs stratégies possibles pour surmonter le problème des rétrovirus porcins, comme les technologies de « knock-out » et le clonage des porcs. Il est évident que tous les essais cliniques futurs de xénotransplantation d’îlots doivent inclure un monitorage virologique étroit des receveurs et des proches. Le développement de vaccins et traitements antiviraux est une autre prévention pour les xéno-zoonoses potentielles [33].

Avant la disponibilité des insulines synthétiques, l’insuline porcine a été utilisée pendant des décennies sans aucune évidence de transmission de maladies virales.

Finalement, il y a peu d’objection éthique à l’utilisation des porcs comme sources de tissu transplantable, étant donné que nous élevons des porcs pour la production de viande et nourriture.

Les risques individuels et publics de transmission de xéno-zoonose freinent encore le progrès clinique de la xéno transplantation d’îlots. Un consensus multidisciplinaire [34] et une discussion publique sont nécessaires avant que des essais cliniques soient acceptables.

Même si la xéno transplantation reste encore une option pour le futur, les craintes relatives aux xéno-zoonoses rendent l’option de lignées cellulaires humaines plus intéressante. Une lignée de cellules β humaines pourrait représenter une source illimitée pour la transplantation.

Malheureusement, les cellules β humaines sont difficiles à cultiver et ne se divisent guère spontanément [35]. Plusieurs groupes essaient de produire des lignées de cellules β en introduisant des gènes immortalisant dans des cellules β humaines adultes [36, 37]. La difficultée consiste à préserver les caractéristiques des cellules β pendant la prolifération, en particulier la capacité de produire de l’insuline d’une façon gluco-dépendante. Une autre limitation possible de la transplantation de lignées de cellules β est l’absence des cellules produisant des hormones contrerégulatrices et gluco-sensibilisantes comme le glucagon.

Ces dernières années, des résultats intéressants ont été rapportés dans la recherche d’une source illimitée de cellules insulino-sécrétantes et gluco-sensitives.

NES2Y est une lignée de cellules humaines dérivées d’un patient souffrant d’hypoglycémie hyperinsulinique de l’enfance (nésidioblastose) [38]. La nésidioblastose est caractérisée par une insulino-sécrétion non-contrôlée entraînant, une hypoglycémie profonde. Les îlots des patients avec nésidioblastose prolifèrent spontanément en culture. Les cellules NES2Y, comme les cellules β du patient avec nésioblastose, n’ont pas de pompe potassium ATP dépendante et ont une anomalie du facteur de transcription de régulation d’insuline, PDX-1. Pour surmonter ces deux défauts, les cellules NESY2 ont été transfectées avec les gènes des pompes potassium et PDX-1 [39]. Grâce au génie génétique, ces cellules possèdent une réponse insulinique appropriée à une stimulation au glucose [40]. Des expériences supplémentaires sont nécessaires pour évaluer la possibilité d’une application clinique.

Le recours à des cellules précurseurs des canaux pancréatiques est une autre source de cellules β. Le groupe de l’Université de Lille a montré que dans des conditions de culture particulières, certaines cellules des canaux pancréatiques ont la capacité de se différencier en cellules insulino-sécrétrices [41]. D’autres groupes ont confirmé ces observations [42].

H. Zulewski et al ont rapporté l’existence d’un nouveau type de cellules souches dans les îlots humains. Il s’agit de cellules portant le marqueur neuro-endocrine nestine. Selon les conditions de culture, les cellules nestine-positives sont capables de se différencier en cellules exprimant des marqueurs hépatopancréatiques comme l’alpha-féto protéine ou l’amylase pancréatique. Mais ces cellules peuvent aussi prendre des caractéristiques ductales et endocrines et exprimer CK19, l’insuline, le glucagon et PDX-1 [43].

Les deux approches décrites, la différentiation de tissu pancréatique endocrine à partir des cellules ductales ou à partir de cellules nestine-positives, intéressent les cliniciens. Ces cellules pourraient êtres accessibles par simple ponction-aspiration du pancréas d’un diabétique, multipliées en culture et être utilisées comme autogreffe pour remplacer du tissu insulino-sécrétant.

Les cellules souches embryonnaires peuvent se différencier en culture en une variété de cellules. Le groupe de l’Université d’Alicante a réussi à produire une lignée de cellules sécrétant de l’insuline humaine et dérivée d’une cellule souche embryonnaire de souris. Ces cellules ont normalisé la glycémie chez des souris diabétiques [44].

Le groupe de McKay au NIH au EEUU, n’a pas seulement reproduit ces résultats, mais a pu démontrer que les cellules souches embryonnaires de souris pouvaient aussi se différencier en autres cellules pancréatiques endocrines. Cette observation indique, qu’il sera peut-être possible de créer des îlots entiers à partir de cellules souches embryonnaires [45].

 

A part des considérations éthiques, l’utilisation de cellules souches embryonnaires humaines a aussi des limitations légales. En France, l’expérimentation des cellules souches n’est pas autorisée, mais l’importation de cellules souches préexistantes a déjà été autorisée et une révision de la loi est en cours. En Angleterre, il existe un cadre légal dans lequel des expériences sur les cellules souches sont possibles. En 2000, la majorité des pays de la Communauté Européenne ne dispose pas d’une loi sur les cellules souches embryonnaires humaines [46]. Avec les progrès scientifiques, il est urgent que les instances responsables prennent position et créent un cadre légal.

Aux EEUU, l’état a historiquement refusé de subventionner la recherche sur les cellules souches embryonnaires craignant d’encourager l’avortement [47]. Néanmoins, la recherche sur les cellules souches a continué aux EEUU dans un domaine privé et non-contrôlé. Dans l’année 2000, avec l’intention de trouver un compromis, le NIH (National Institute of Health) a accepté de subventionner la recherche sur les cellules souches pré-existantes, mais de ne pas financer la création nouvelle de cellules souches. En revanche, l’industrie privée était autorisée à créer des cellules souches embryonnaires humaines [47]. En novembre 2001, le NIH a publié une liste des cellules souches embryonnaires humaines acceptées (http : //escr.nih.gov/).

Bien que les gouvernements essaient de régler la situation, la recherche sur les cellules souches embryonnaires humaines reste controversée.

La disponibilité d’une source illimitée d’îlots pancréatiques déterminera si la greffe d’îlots sera une option pour tous les patients diabétiques de Type I. Reste à trouver une immunosuppression provoquant un minimum d’effets secondaires et suffisamment efficace pour prévenir le rejet et la récidive de la maladie diabétique.

REMERCIEMENTS

L’auteur adresse ses remerciements à la Fondation Holderbank et la Fondation Suisse pour les Bourses en Médecine et Biologie (FSBMB) pour soutenir son séjour scientifique à l’Université d’Alberta à Edmonton.

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* Hepatobiliary and Pancreatic Surgery, 2D4 Walter C. Mackenzie Centre, Edmonton, Alberta T6G 2B7, Canada. e-mail : joseoberholzer@earthlink.net Tirés-à-part : Professeur José OBERHOLZER, MD, à l’adresse ci-dessus. Article reçu et accepté le 19 mai 2003.

 

Bull. Acad. Natle Méd., 2003, 187, no 7, 1297-1306, séance du 14 octobre 2003