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Ancien lauréat
Bourse commémorative E.W.R. Steacie de 2005

Peter Zandstra

Bioingénierie

University of Toronto


Peter Zandstra
Peter Zandstra

Voulez-vous concevoir des thérapies à base de cellules souches pour sauver des vies? Avant de vous précipiter vers la salle d’opération, il vous faudra penser comme un ingénieur, déclare Peter Zandstra, transgénéticien spécialiste des cellules souches et l’un des six lauréats de la Bourse commémorative E.W.R. Steacie du CRSNG de 2005.

Fondement : « Nous répondons à des questions qui ont une importance fondamentale quant au succès des thérapies à base de cellules souches », déclare M. Zandstra, titulaire de la Chaire de recherche du Canada en bioingénierie des cellules souches à l’University of Toronto.

« Si, en fin de compte, on veut utiliser ces cellules pour guérir une maladie, il faudra être capable de contrôler strictement leur croissance ainsi que la façon dont elles maturent tout en en produisant suffisamment pour traiter réellement la maladie. »

Problématique : Comment cultiver un grand nombre de cellules d’un tissu particulier, tel que du tissu cardiaque ou sanguin, à partir de cellules souches? Depuis la découverte des premières cellules souches d’embryons humains qui a défrayé les manchettes en 1998, la rumeur publique va bon train quant aux propriétés curatives possibles de ces cellules primaires.

Toutefois, on est encore loin de pouvoir sauver des vies grâce à des greffons cellulaires dérivés de cellules embryonnaires et à des thérapies géniques. L’un des obstacles importants tient au fait que, jusqu’à récemment, les chercheurs ne pouvaient produire des cellules fonctionnellement utiles à partir de cellules souches embryonnaires qu’en quantités équivalant à de minuscules gouttelettes pas plus grosses que celles qui s’échappent du robinet.

En outre, dans de nombreux cas, seulement une cellule sur cent s’est développée pour produire le type de cellule désiré. Ces niveaux de production sont trop faibles et inefficaces pour donner un nombre utile de cellules. « Nous savons que les cellules souches ont le potentiel de faire ce que nous avons besoin qu’elles fassent, commente M. Zandstra, mais il faut d’abord comprendre comment contrôler leur développement pour que nous puissions provoquer ce comportement dans un flacon. »

Recherche de pointe : Depuis une décennie, M. Zandstra travaille à accélérer la production de cellules souches et de leurs descendants. Ses matières premières sont des cellules souches sanguines adultes et des cellules souches embryonnaires, et les produits finaux sont des cellules sanguines et des cellules cardiaques – en grand nombre – c’est-à-dire un nombre de cellules cardiaques de souris suffisant pour former un tissu qui se contracte et suffisamment de cellules sanguines pour un jour augmenter l’approvisionnement sanguin d’un patient dont le système immunitaire est affaibli. Pour réaliser ces travaux, il a appliqué des principes de génie à la recherche sur les cellules souches.

L’un des éléments cruciaux de cette approche a été la création de modèles informatisés détaillés de la croissance et de la différenciation des cellules souches, processus par lequel une cellule souche mature pour prendre sa forme adulte finale.

« Lorsqu’on décrit mathématiquement une chose, on en a une bien meilleure compréhension que lorsqu’on l’observe simplement », explique M. Zandstra. La description mathématique est une puissante méthode pour tester in silico de nombreuses hypothèses avant de passer au laboratoire et de procéder à une expérience difficile. »

En effectuant ces recherches, M. Zandstra a pavé la voie à l’établissement d’une capacité de cultiver des cellules souches dans des bioréacteurs, c’est-à-dire des flacons à culture dans lesquels l’environnement des cellules est strictement contrôlé.

Prochaine étape : La Bourse Steacie du CRSNG attribuée à M. Zandstra permettra à son impressionnante équipe de recherche, qui compte 15 personnes, d’entamer la prochaine étape cruciale : appliquer à l’homme les recherches sur la souris.

« Nous avons au laboratoire un bioréacteur qui peut maintenant générer des cellules cardiaques de souris en grand nombre, mais il y a des limites à ce que l’on peut faire avec des cellules de souris. Alors, si nous pouvons également découvrir comment inciter des cellules souches d’embryons humains à se différencier sur commande pour générer des cellules fonctionnelles semblables aux cellules adultes, nous pourrons commencer à penser aux genres de troubles médicaux qu’elles nous permettront de traiter », explique M. Zandstra. Ce dernier fait remarquer que les chercheurs comprennent actuellement beaucoup mieux ce qui est nécessaire pour cultiver des cellules souches de souris que ce qu’il faut pour cultiver des cellules souches humaines.

Afin de corriger cette lacune, il perfectionnera ses modèles informatiques de la croissance et de la différenciation des cellules souches et explorera expérimentalement comment l’emplacement, l’approvisionnement en éléments nutritifs et la communication des cellules souches embryonnaires humaines influent sur les types de cellules qu’elles génèrent. L’équipe de M. Zandstra utilisera une technique qu’il a inventée qui permet de contrôler étroitement la différenciation des cellules souches embryonnaires en les cultivant dans des microcapsules d’hydrogel produites par génie biologique. De cette façon, les éléments nutritifs et les conditions environnementales auxquelles les cellules sont soumises peuvent être strictement contrôlés, ce qui guide leur développement.

Les cellules souches embryonnaires humaines qu’il utilisera proviendront de lignées de cellules approuvées par le Comité de surveillance des cellules souches du Canada.