Le projet israélien d'angiogénèse thérapeutique développé actuellement au Carmel Medical Hospital à Haïfa pourrait marquer le début d'une utilisation à grande échelle de thérapies géniques et cellulaires dans le traitement des maladies artérielles occlusives.
Cet article a été préparé par Eric Werner à partir du rapport intitulé "Le traitement des maladies artérielles occlusives" réalisé par Arnaud Lemière, du service pour la Science et la Technologie de l'ambassade de France en Israël, que nous remercions pour sa collaboration.
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Glossaire :
[1]Angiogénèse : l'angiogénèse est définie comme la croissance de cellules endothéliales -cellules de l'endothélium, la couche la plus interne des vaisseaux sanguins en contact avec le sang- à partir de vaisseaux sanguins préexistants, conduisant à la formation d'un réseau de capillaires sanguins, pendant la formation du système circulatoire ainsi que pendant sa maturation.
[2]Artériogénèse : phénomène mis en jeu lorsqu'une sténose significative (rétrécissement du diamètre d'un vaisseau sanguin) affecte une artère principale, l'artériogénèse est définie comme le remodelage d'une artère collatérale (ou parallèle) préexistante ou la formation de nouvelles artérioles en amont d'un site d'occlusion.
[3] Essai clinique - phase I : préliminaire à l'étude d'efficacité d'un médicament, l'étude de phase I a lieu après la phase d'expérimentation animale. Il s'agit d'évaluer la tolérance et l'absence d'effets secondaires chez des sujets le plus souvent volontaires sains, rémunérés pour cela. Cette phase permet également d'étudier la cinétique et le métabolisme chez l'homme de la substance étudiée.
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Le Laboratoire de cardiologie moléculaire et de thérapie génique du Carmel Hospital développe de nouvelles approches pour le traitement des maladies artérielles occlusives : le remplacement de vaisseaux sanguins par des greffes biosynthétiques, et la néovascularisation par angiogénèse thérapeutique ou par utilisation de cellules souches. Les deux premières approches ont obtenu l'autorisation de la Food & Drug Administration américaine de procéder à des essais cliniques de phase I.
Les maladies artérielles occlusives représentent la cause la plus fréquente de décès chez l'adulte dans les pays industrialisés. Ces maladies sont principalement dues à l'athérosclérose, un phénomène complexe à l'origine de plaques d'athérome qui se forment au niveau de la paroi artérielle, entre autres par accumulation de cellules et de lipoprotéines modifiées. L'athérosclérose est une pathologie multifactorielle, dont les principaux facteurs de risques sont un taux élevé de cholestérol sanguin (LDL), l'hypertension, le tabagisme (actif ou passif), le diabète, l'obésité ou encore l'inactivité physique. Selon les artères touchées par l'athérosclérose, on parle de CAD (maladies des artères coronaires, ou coronary artery desease, qui incluent les angines de poitrine et l'infarctus du myocarde), ou de PAD (maladies des artères périphériques, ou peripheral artery desease). Les PAD sont une cause majeure de handicaps et d'amputations, liés à une dégradation ou une gangrène des tissus en aval de l'obstruction artérielle, et peuvent également mener à une embolie. En 2002, plus de 7 millions de décès ont été attribués à des CAD dans le monde. Les Etats-Unis estimaient le coût des CAD à plus de 140 milliards de dollars (environ 90 milliards d'euros) en 2006. Les PAD affectent quant à elles plus de 27 millions d'individus en Europe et aux Etats-Unis.
L'hygiène de vie, premier moyen de prévention
Les traitements actuels des maladies artérielles reposent sur trois maîtres mots : hygiène de vie, médicaments et procédures chirurgicales. L'hygiène de vie est essentielle pour prévenir ou ralentir l'athérosclérose en contrôlant ou réduisant les facteurs de risques. Elle passe notamment par un régime alimentaire équilibré - pour prévenir ou réduire la pression artérielle et un taux élevé de cholestérol -, et une activité physique régulière. Les traitements médicamenteux portent pour leur part sur différentes molécules. Il s'agit en particulier des statines, qui visent à diminuer le cholestérol sanguin, des béta-bloquants, utilisés pour ralentir le rythme cardiaque et diminuer la pression sanguine, ou encore des anticoagulants ou de l'aspirine, qui préviennent la formation de caillots sanguins.
Si les changements d'hygiène de vie et les médicaments ne produisent pas les effets escomptés sur les symptômes ou si ces derniers s'aggravent, il convient alors de recourir à des interventions chirurgicales. Celles-ci incluent notamment les angioplasties, qui consistent à élargir l'artère au moyen d'un ballonnet afin de soulager l'ischémie (c'est-à-dire la diminution du flux sanguin, entraînant une baisse de l'oxygénation des tissus).
Autres types de procédure chirurgicale, les pontages consistent à utiliser une veine appartenant au patient - dite autologue - en déviation de l'artère touchée, afin de contourner le site d'occlusion et de compenser ainsi la perte de flux sanguin. Les pontages, tout comme les angioplasties, peuvent être utilisés dans les PAD et les CAD. Alors que ces différents moyens de traitement ont amélioré le pronostic de la plupart des maladies artérielles occlusives, nombre de patients ne bénéficient pas encore de thérapies appropriées en raison de maladies artérielles diffuses, de vaisseaux calcifiés ou encore de vaisseaux atteints de trop petite dimension pour pouvoir y accéder. De nouvelles approches thérapeutiques restent donc à développer. Plusieurs approches sont notamment à l'étude en Israël par le laboratoire de cardiologie moléculaire et de thérapie génique (LCMTG) du Carmel Hospital, à Haïfa.
Les travaux du LCMTG portent d'une part sur l'utilisation de greffes biosynthétiques, et d'autre part sur des stratégies nouvelles de néovascularisation - c'est-à-dire de génération de nouveaux vaisseaux sanguins - dans le cadre d'un projet d'angiogénèse [1] thérapeutique.
Jusqu'ici, les approches ciblant la néovascularisation ont révélé plusieurs désavantages (voir"Les stratégies pour induire la néovascularisation" en fin d'article), entravant l'efficacité des traitements. Le projet d'angiogénèse thérapeutique du LCMTG ouvre une nouvelle voie prometteuse mêlant thérapie génique et cellulaire. Cette approche innovante s'appuie sur l'utilisation de cellules autologues tirées d'une veine extraite du patient, supprimant ainsi les risques d'immunogénicité. Elle fait appel à deux types de cellules, qui ont des rôles fondamentaux dans la structure des vaisseaux sanguins : les cellules endothéliales, et les cellules de muscle lisse dont les capacités contractiles confèrent aux artères leurs propriétés de régulation de la pression sanguine.
Pour augmenter les chances de néovascularisation, ces deux types de cellules sont modifiées ex vivo à l'aide de vecteurs rétroviraux pour surexprimer deux facteurs angiogéniques et induire ainsi, après injection au niveau d'une occlusion artérielle, la formation de nouveaux vaisseaux sanguins qui vont agir comme des pontages naturels.
Une approche d'angiogénèse thérapeutique plus performante
Plus précisément, les cellules endothéliales sont modifiées pour exprimer l'angiopoïétine-1 (Ang-1), de manière à recruter des cellules de muscle lisse et stabiliser les vaisseaux générés. Les cellules de muscle lisse sont quant à elles modifiées de façon à exprimer VEGF 165 (le Vascular Endothelium Growth Factor dont la forme 165 apparaît comme la plus active biologiquement), dans l'objectif d'induire la prolifération des cellules endothéliales formant l'intima, c'est-à-dire la tunique interne des vaisseaux artériels. En fin de processus, les cellules modifiées sont injectées en égale proportion dans l'artère irriguant le membre ischémique, dans laquelle les cellules vont agir comme des usines à protéines délivrant VEGF 165 et Ang-1 de façon soutenue. L'angiogénèse et l'artériogénèse [2] sont ainsi ciblées de façon à restaurer les fonctions des tissus ischémiques et d'améliorer ainsi la qualité de vie des patients. A noter que l'ensemble du processus de fabrication de ce produit d'angiogénèse thérapeutique est réalisé ex vivo, de façon reproductible et facilement contrôlable (voir encadré).
Ce projet a d'ores et déjà été testé sur deux modèles animaux (mini-cochons et lapins). Dès 2002, le LCMTG a d'ailleurs contacté la Food & Drug Administration (FDA) aux Etats-Unis dans le cadre d'une démarche dénommée pre-Investigational New Drug (pre-IND) qui consiste à échanger des informations concernant les tests animaux, afin de préparer le protocole à suivre lors des essais cliniques humains. Les trois années suivantes ont été consacrées à compléter les études menées sur les modèles animaux, pour étudier la toxicité et la biodistribution des produits dans leur organisme. Ces études ont permis d'obtenir l'agrément du Recombinant DNA Advisory Committee (RAC), un comité public lié aux National Institutes of Health (NIH) américains, chargé de donner son accord pour les essais cliniques utilisant des thérapies géniques. Suivant l'accord du RAC, les données ont été communiquées à la FDA qui a donné son autorisation pour un essai clinique de phase I [3]. Celui-ci a démarré en janvier 2007 et se déroule en collaboration avec l'University of Michigan Medical Center, à Ann Harbor (Michigan).
Des traitements accessibles dans un avenir relativement proche
Outre le projet d'angiogénèse thérapeutique, le LCMTG conduit également un projet de greffe biosynthétique. Actuellement, les greffes vasculaires synthétiques échouent dans 50% des cas dans les trois ans après l'implantation en raison de la formation de neointima (prolifération cellulaire observée au niveau des sites détériorés des vaisseaux sanguins) ou à cause de thromboses (formation d'un caillot dans un vaisseau sanguin).
Pour remédier à ce problème, le LCMTG s'appuie sur la culture de cellules endothéliales pour recouvrir la partie interne de la greffe et améliorer ainsi sa biocompatibilité. Dans cet objectif, ces cellules sont isolées à partir d'une veine du patient et modifiées génétiquement de façon à surexprimer VEGF, qui renforce la croissance des cellules, et la fibuline-5, qui améliore l'adhésion des cellules à la greffe. Cette dernière sera utilisée en tant que prothèse vasculaire, chez des patients atteints de PAD, ou encore comme site d'accès pour pratiquer des dialyses auprès de patients dont les reins ne fonctionnent plus. Ce projet de greffe biosynthétique a également été testé sur des modèles animaux, afin d'en démontrer l'efficacité et l'absence de toxicité, et a, tout comme le projet d'angiogénèse thérapeutique, obtenu de la part de la FDA une autorisation pour un essai clinique de phase I, délivrée en 2006. Les essais cliniques en cours pour ces deux projets marquent le début d'un processus qui devra déboucher, si tout va bien, sur la commercialisation de ces deux produits dans un avenir assez proche.
Enfin, si les recherches menées sur l'angiogénèse thérapeutique et la greffe biosynthétique sont à ce jour les plus avancées au sein du LCMTG, il convient néanmoins de citer un troisième projet de recherche mené par ce laboratoire israélien portant sur l'extraction et la culture de cellules souches présentes dans le sang circulant et appelées Endothelial Progenitor Cells (EPC), qui pourraient également être exploitées dans des thérapies cellulaires pour la génération de vaisseaux sanguins.
Les thérapies géniques et cellulaires constituent l'avenir de bien des domaines de la médecine moderne. Elles déboucheront probablement sur une révolution biomédicale qui donnera accès à des traitements plus individualisés et efficaces, qui combleront certaines lacunes que les techniques actuelles ne savent encore éviter.
Le point sur :
Les stratégies pour induire la néovascularisation
L'angiogénèse [1] a été l'un des premiers phénomènes ciblés pour la néovascularisation. Initialement prometteurs, les résultats obtenus ont néanmoins montré par la suite qu'elle pourrait ne pas être suffisante à elle seule pour traiter les maladies artérielles occlusives. La création de capillaires sanguins qu'elle met en jeu ne conduit en effet qu'à l'apparition de vaisseaux de diamètre inférieur à 7 micromètres, qui ne contribuent pas de façon significative à l'augmentation du flux sanguin.
L'artériogénèse [2], en générant des vaisseaux de diamètre supérieur, pourrait augmenter de façon plus importante le flux sanguin collatéral et apporter des solutions de traitement satisfaisantes. Enfin, la formation de vaisseaux sanguins pourrait être induite par l'utilisation de cellules souches (sur le principe de la vasculogénèse, pendant le développement embryonnaire). Bien que les possibilités offertes par ces cellules souches demeurent réduites pour des raisons éthiques et techniques, le potentiel qu'elles offrent est énorme et mérite d'être étudié.
Thérapies protéiques : Elles constituent l'approche la plus pragmatique pour induire la néovascularisation. Elles s'appuient sur des facteurs de croissance qui entrent en jeu dans le développement des vaisseaux sanguins, et qui incluent par exemple des protéines de la famille VEGF (Vascular Endothelium Growth Factor) ou FGF (Fibroblast Growth Factor). Ces protéines ont été testées dans plusieurs essais cliniques en infusant des doses variées directement dans des tissus ischémiques. Ces études ont montré qu'une seule injection n'est pas suffisante pour l'angiogénèse thérapeutique, probablement à cause de la vie très courte de la protéine dans le plasma. Des périodes d'exposition plus longues ou l'utilisation simultanée de plusieurs protéines pourraient améliorer les effets thérapeutiques.
Thérapies géniques : Elles consistent à transférer dans les cellules de l'organisme les gènes codant pour les facteurs d'intérêt dans l'angiogénèse thérapeutique, à l'aide de plusieurs vecteurs présentant leurs propres avantages et désavantages : ADN nu, vecteurs adénoviraux ou rétroviraux, etc. Contrairement à l'injection de facteurs de croissance qui n'a pas mené jusqu'ici aux progrès cliniques escomptés, le transfert de gènes peut générer une production de protéines soutenue dans le temps, et potentiellement plus d'effet. Les essais cliniques menés jusqu'à présent en CAD et PAD ont été décevants et montré un manque d'efficacité des vecteurs plasmidiques et adénoviraux, peut-être en raison d'une exposition inadéquate des vecteurs aux tissus, d'un taux de transfert trop faible pour les plasmides ou de l'utilisation d'un seul facteur de croissance.
Thérapies de cellules souches : Il s'agit de cellules indifférenciées, qui conservent la capacité de se différencier en d'autres types cellulaires. Leur potentiel de différenciation pourrait être utilisé pour réparer ou cultiver entre autres des vaisseaux sanguins. Les cellules souches embryonnaires (ESC) peuvent se différencier en cellules endothéliales et de muscle lisse in vitro, et donc théoriquement fabriquer de nouveaux vaisseaux sanguins. Des études pré-cliniques sur des cellules souches de moelle osseuse ou circulantes ont montré des résultats encourageants susceptibles de surmonter le manque d'efficacité rencontré dans le cadre des thérapies protéiques ou géniques. Les cellules souches sont cependant encore limitées par différents facteurs, tels que l'immunogénicité des cellules souches non-autologues, la disponibilité de donneurs compatibles, ou des raisons éthiques (ESC).
Pour en savoir plus :
Laboratoire de cardiologie moléculaire et de thérapie génique (LCMTG), Department of cardiovascular medicine, Lady Davis Carmel Medical Center, 7 Michal street, Haïfa 34362, tél : +972 4 825 0211
