Une greffe de cellules souches in utero pour l'alpha thalassémie

Stephanie a rejoint Drug Discovery News en tant que rédactrice adjointe en 2021. Elle a obtenu son doctorat de l'Université de Californie à Los Angeles en 2019 et a écrit pour Discover Magazine,...

Lorsque les futurs parents rencontrent Billie Lianoglou, conseillère en génétique à l'Université de Californie à San Francisco (UCSF), c'est souvent la première fois qu'ils entendent parler de l'alpha thalassémie. La maladie génétique récessive résulte de la suppression des gènes codant pour l'alpha globine, un composant vital de l'hémoglobine fœtale et adulte.

Ces fœtus tombent malades pendant la grossesse. Quand [ils] ne fabriquent pas de globules rouges qui fonctionnent, les fœtus deviennent hypoxiques. Ils n'ont pas d'oxygène. L'oxygène ne va pas aux os et aux tissus en développement. – Billie Lianoglou, Université de Californie, San Francisco

Les personnes en bonne santé ont généralement quatre copies du gène de l'alpha globine - deux de maman et deux de papa. S'il manque aux gens une ou deux copies du gène, ils semblent parfaitement bien, mais ils sont légèrement anémiques. L'absence de deux gènes d'alpha globine confère une protection contre le paludisme, donc le port de cette délétion d'alpha globine est courant dans les endroits où le paludisme est endémique, y compris l'Afrique, l'Asie du Sud-Est, le sud de la Chine, le Moyen-Orient et certaines régions méditerranéennes (1). Mais si un fœtus est dépourvu des quatre gènes de l'alpha-globine, il ne peut pas fabriquer d'hémoglobine fonctionnelle.

Ces fœtus tombent malades pendant la grossesse. Quand [ils] ne fabriquent pas de globules rouges qui fonctionnent, les fœtus deviennent hypoxiques. Ils n'ont pas d'oxygène. L'oxygène ne va pas aux os et aux tissus en développement. – Billie Lianoglou, Université de Californie, San Francisco

"Souvent, lorsque les familles recevaient ce diagnostic, la première chose qu'elles entendaient de leurs prestataires était qu'il s'agissait d'une maladie mortelle", a déclaré Emma Canepa, responsable du programme d'essais cliniques à l'UCSF et l'une des collègues de Lianoglou.

Cependant, fournir au fœtus des globules rouges fonctionnels peut empêcher ce résultat. Au cours des trente dernières années, les médecins ont de plus en plus donné aux fœtus atteints d'alpha-thalassémie des globules rouges sains par transfusion in utero (IUT), leur permettant de survivre jusqu'à la naissance. Mais tous les médecins ne connaissent pas cette option de traitement, et beaucoup s'inquiètent de la façon dont l'IUT pourrait affecter le développement futur de l'enfant. De plus, l'IUT ne traite que les symptômes de l'alpha thalassémie ; lorsque les enfants naissent, ils ont encore besoin de transfusions sanguines mensuelles pour le reste de leur vie.

Avec une expertise en médecine materno-fœtale et en alpha thalassémie en particulier, les chercheurs de l'UCSF et leurs collaborateurs ont établi un registre de patients atteints d'alpha thalassémie pour étudier les effets à long terme de l'IUT. Sur la base du succès de l'IUT dans le traitement des fœtus atteints d'alpha thalassémie, ils se sont lancés dans un essai clinique révolutionnaire pour tenter de guérir l'alpha thalassémie alors que le fœtus est encore dans l'utérus, révolutionnant potentiellement ce que signifie traiter les maladies fœtales.

Avant même qu'un embryon ait un cœur pour les pomper, les globules rouges primitifs constitués d'hémoglobine embryonnaire transportent l'oxygène vers et depuis les tissus en développement. Cette hémoglobine précoce, composée de deux sous-unités zêta et deux sous-unités epsilon globine, a une plus grande affinité pour l'oxygène que l'hémoglobine adulte (2). Cela garantit que l'embryon reçoit suffisamment d'oxygène des globules rouges de sa mère pour devenir un fœtus sain.

Après les huit premières semaines de gestation, l'hémoglobine fœtale - deux sous-unités d'alpha et de gamma globine chacune - remplace l'hémoglobine embryonnaire. Dans l'alpha thalassémie, où il n'y a pas de sous-unités alpha globine pour s'associer à la gamma globine, les sous-unités gamma globine se verrouillent les unes sur les autres par groupes de quatre pour former une forme non fonctionnelle d'hémoglobine appelée hémoglobine de Bart (3).

"Il a une affinité infinie pour l'oxygène, ce qui signifie qu'il se lie à l'oxygène et ne le lâche jamais, de sorte que les tissus ne reçoivent jamais d'oxygène", a déclaré Elliott Vichinsky, hématologue et responsable du centre de drépanocytose et de thalassémie de Californie du Nord à l'hôpital pour enfants UCSF Benioff d'Oakland. "Très rarement, on survivra jusqu'à la naissance sans intervention, et ceux qui survivent ont souvent subi des dommages hypoxiques irréversibles."

Si les parents ne savent pas qu'ils sont porteurs d'alpha thalassémie, il est difficile de diagnostiquer immédiatement un fœtus atteint d'alpha thalassémie. En règle générale, le premier symptôme est l'hydrops fetalis, un gonflement anormal ou une accumulation anormale de liquide dans les tissus fœtaux tels que le foie, la rate ou le cœur.

"De manière déductive à l'envers, [les médecins] comprendraient, 'Oh, peut-être que les parents sont porteurs.' Et puis ils commenceront à tester les parents pour le statut de porteur, puis à proposer une amniocentèse, et tout cela prend des semaines et des semaines que vous attendez », a déclaré Lianoglou. "Le bébé devient de plus en plus malade."

Pendant longtemps, les médecins n'avaient pas de traitement pour l'alpha thalassémie. Ils ne pouvaient offrir que des conseils génétiques et la prévention des grossesses. Une fois que les cliniciens ont diagnostiqué un fœtus atteint d'alpha thalassémie, la norme de soins était l'interruption de grossesse.

Il y avait des familles qui avaient déjà fait quelques fausses couches [dues à l'alpha thalassémie], et elles ont vu ce qui se passait dans la bêta thalassémie. Ils ont dit : « Si mon bébé pouvait avoir cette qualité de vie maintenant, je veux avoir la grossesse. - Elliott Vichinsky, Hôpital pour enfants UCSF Benioff d'Oakland

En tant qu'hématologue à l'hôpital pour enfants UCSF Benioff d'Oakland au début des années 1990, Vichinsky a remarqué qu'à mesure que l'immigration en provenance d'Asie du Sud-Est commençait à augmenter aux États-Unis et en particulier dans le nord de la Californie, de plus en plus de patients atteints de thalassémie arrivaient à sa porte.

Beaucoup de ses patients souffraient de la maladie génétique connexe, la bêta-thalassémie, qui résulte de la perte du gène de la bêta-globine. Deux sous-unités d'alpha-globine et deux sous-unités de bêta-globine constituent l'hémoglobine adulte, que les enfants commencent à produire peu après la naissance. Étant donné que la bêta-globine n'est nécessaire que pour fabriquer l'hémoglobine adulte, les enfants atteints de bêta-thalassémie survivent à la gestation, mais ils ont besoin de transfusions sanguines toutes les trois à quatre semaines après leur naissance. Bien que la bêta-thalassémie nécessite des soins à vie, elle permet de survivre.

"Il y avait des familles qui avaient déjà fait quelques fausses couches [dues à l'alpha thalassémie], et elles ont vu ce qui se passait dans la bêta thalassémie. Elles ont dit : "Si mon bébé pouvait avoir cette qualité de vie maintenant, je veux avoir la grossesse », a déclaré Vichinsky. Il a estimé que l'IUT permettrait peut-être aux fœtus atteints d'alpha-thalassémie de survivre à la grossesse et de devenir des enfants capables de gérer leurs conditions avec des transfusions sanguines régulières.

L'IUT est le pain quotidien de la thérapie fœtale. "C'est en quelque sorte la première thérapie fœtale, et honnêtement, si vous avez un endroit qui s'appelle un centre de traitement fœtal, c'est généralement ce qu'ils peuvent faire", a déclaré Lianoglou.

Albert William Liley, clinicien et chercheur principal au National Women's Hospital, a réalisé le premier IUT réussi en 1963 pour traiter un fœtus atteint d'une maladie hémolytique, qui survient lorsque les cellules immunitaires maternelles traversent le placenta et attaquent les globules rouges fœtaux (4). En 1981, les scientifiques ont amélioré la technique en transfusant le sang directement dans la veine ombilicale plutôt que dans l'abdomen comme l'avait fait Liley (5,6). Au milieu des années 1990, des médecins, dont Vichinsky, ont commencé à utiliser l'IUT pour traiter l'alpha thalassémie (7,8).

Parce que l'alpha thalassémie est une maladie relativement rare aux États-Unis, de nombreux médecins ne savent pas que l'IUT est une option de traitement potentielle pour ces patients. "Encore aujourd'hui, les gens nous contactent pour savoir si leur patient est éligible à la transfusion, il reste donc une formation nécessaire pour la communauté de l'obstétrique et de la médecine materno-fœtale concernant la valeur des transfusions pour ce diagnostic", a déclaré Lianoglou.

Au cours des trente dernières années environ, des rapports anecdotiques sur la façon dont les fœtus traités par IUT pour l'alpha thalassémie se sont comportés en tant qu'enfants ont été généralement positifs. Cependant, "il n'y a pas eu de véritable grande série rassemblée pour montrer la valeur de cette intervention", a déclaré Lianoglou, alors elle et ses collègues ont établi un registre des patients atteints de thalassémie alpha pour faire exactement cela.

Lianoglou et Tippi Mackenzie, chercheur en médecine materno-fœtale et chirurgien pédiatrique à l'hôpital pour enfants UCSF Benioff et son centre de traitement fœtal, ont recueilli des données auprès de leurs patients à l'UCSF et des médecins qui traitent la thalassémie alpha partout dans le monde. Ils ont compté combien d'IUT chaque fœtus a reçu et à quel moment de la gestation ils les ont reçus (9). Ils ont ensuite évalué l'impact de ces facteurs sur les résultats neurodéveloppementaux des enfants plus tard dans la vie.

Quand on vous dit que votre bébé va mourir, et que vous avez un bébé qui va très bien… c'est très différent de ce à quoi vous vous attendiez. Ma théorie est que votre impression de leur qualité de vie est assez impressionnante parce que vous pensiez qu'ils n'auraient pas de vie. – Billie Lianoglou, Université de Californie, San Francisco

"Nous avons pu démontrer que les enfants qui ont reçu deux transfusions ou plus ont tous un score moyen normal, ce qui s'avère que c'est ce que vous voulez ! Vous ne pouvez pas tous les envoyer à Harvard", a ri Lianoglou.

Ce qui a le plus intrigué Lianoglou, c'est que les parents des enfants qui avaient reçu un IUT pour l'alpha thalassémie ont évalué la qualité de vie de leurs enfants plus haut que les parents d'enfants atteints d'autres maladies chroniques et même les parents d'enfants en bonne santé du même âge.

"Quand on vous dit que votre bébé va mourir, et que vous avez un bébé qui va très bien… c'est très différent de ce à quoi vous vous attendiez. Ma théorie est que votre impression de leur qualité de vie est assez impressionnante parce que vous pensiez qu'ils le feraient ' pas de vie », a déclaré Lianoglou.

Bien que ces enfants aient encore besoin de transfusions sanguines mensuelles, l'IUT qu'ils ont reçu en tant que fœtus leur a permis de devenir des enfants heureux et épanouis. "C'est un miracle", a déclaré Vichinsky. "Ce sont des enfants normaux."

Lianoglou a ajouté: "Nous sommes passés de la résiliation parce que nous pensons simplement qu'il sera mauvais d'avoir des données pour dire:" Eh bien, si vous ne résiliez pas, il y a de l'espoir. Et pour les patients qui ne considèrent pas l'interruption de grossesse comme une solution acceptable, ils méritent une option et de l'espoir."

L'IUT a fait de l'alpha thalassémie un diagnostic de survie, mais Mackenzie, Vichinsky et leurs équipes de l'UCSF ne voulaient pas s'arrêter là. En utilisant l'IUT comme point de départ et en tirant parti d'une bizarrerie unique du système immunitaire fœtal, ces chercheurs ont peut-être trouvé un moyen de guérir cette maladie avant même la naissance de l'enfant.

Un fœtus atteint d'alpha-thalassémie peut survivre jusqu'à terme avec l'IUT, mais la seule façon de guérir complètement la maladie est d'effectuer une greffe de cellules souches après la naissance de l'enfant.

"Une greffe de moelle osseuse traditionnelle comporte des risques compliqués, notamment la recherche d'un donneur [et] le risque de tomber très malade en raison de l'ablation de votre système immunitaire", a déclaré Lianoglou. Les scientifiques estiment que seulement 30% environ des personnes ont un donneur compatible, et même dans ce groupe, il y a toujours une chance que le corps rejette les cellules souches du donneur (10).

Pour aggraver ce risque, les médecins utilisent souvent la chimiothérapie pour tuer les cellules désordonnées de la moelle osseuse du patient afin de faire de la place aux cellules saines du donneur. La chimiothérapie supprime également le système immunitaire du patient, ce qui permet aux cellules du donneur de se greffer plus facilement dans la moelle osseuse. De nombreuses personnes qui ont un donneur compatible ne sont pas recommandées de subir une chimiothérapie car les fortes doses de chimiothérapie nécessaires à la prise de greffe peuvent entraîner une toxicité organique grave.

Une façon de surmonter les risques associés à la chimiothérapie et à l'absence d'une compatibilité parfaite avec les donneurs serait de donner à un receveur une greffe de cellules souches avant que son système immunitaire ne mûrisse complètement et avant que sa moelle osseuse ne se remplisse de ses propres cellules souches - donc, pendant la gestation .

En comprenant cette nuance dans le système immunitaire fœtal, ils ont proposé que l'utilisation de la mère comme donneuse de cellules souches optimiserait potentiellement ce protocole. Vous transplantez des cellules auxquelles le fœtus est déjà potentiellement exposé et auxquelles il a peut-être déjà induit une tolérance. – Billie Lianoglou, Université de Californie, San Francisco

En 1953, des chercheurs ont découvert que le système immunitaire d'un fœtus pouvait tolérer l'introduction de cellules étrangères, suggérant que les greffes de cellules souches hématopoïétiques in utero pourraient être capables de réparer des maladies génétiques avant la naissance d'un enfant (11). Jusqu'à présent, les greffes de cellules souches in utero n'ont complètement réussi que dans les maladies où le fœtus est dépourvu d'un système immunitaire fonctionnel : le syndrome des lymphocytes nus et le déficit immunitaire combiné sévère lié à l'X (SCID) (12-14).

Les principaux obstacles à une greffe de cellules souches in utero réussie sont les systèmes immunitaires maternel et fœtal. En travaillant sur des souris, Mackenzie et son équipe ont découvert que les lymphocytes T maternels sont les principaux antagonistes des cellules souches du donneur qui tentent de s'établir dans la moelle osseuse du fœtus (15). Ils ont cependant remarqué que si les cellules du donneur correspondaient aux cellules de la mère, elles se greffaient beaucoup plus facilement dans la moelle osseuse du fœtus et le système immunitaire du fœtus tolérait complètement les cellules. Dans une étude de suivi, Mackenzie et son équipe ont découvert que les cellules T régulatrices fœtales conduisent à la tolérance des cellules maternelles (16).

"En comprenant cette nuance dans le système immunitaire fœtal, ils ont proposé que l'utilisation de la mère comme donneuse de cellules souches optimiserait potentiellement ce protocole", a déclaré Lianoglou. "Vous transplantez des cellules auxquelles le fœtus est déjà potentiellement exposé et auxquelles il a peut-être déjà induit une tolérance."

Sur la base de cette tolérance maternelle-fœtale unique, Mackenzie et son équipe ont lancé un essai clinique de phase 1 pour évaluer l'innocuité d'un IUT de cellules souches maternelles en même temps qu'une transfusion de globules rouges, le traitement IUT standard, pour traiter les fœtus avec alpha thalassémie.

L'alpha thalassémie, a ajouté Lianoglou, "est une condition qui vous oblige déjà à intervenir et à accepter le risque de cette intervention. Donc, c'est vraiment un superposition : vous donnez des globules rouges, mais vous leur donnerez également des cellules souches maternelles. "

Lorsqu'ils ont lancé leur essai clinique en 2016, Mackenzie et son équipe, qui comprend Canepa, Lianoglou et Vichinsky parmi de nombreux autres experts en greffes de moelle osseuse et en médecine materno-fœtale, ont eu du mal à trouver des patients alpha thalassémiques à inscrire.

"C'était vraiment juste une question de sensibilisation, de sensibilisation, de sensibilisation et de rappel aux gens que nous sommes ici", a déclaré Canepa. "C'est comme si nous avions atteint un point de basculement au cours des deux dernières années où les gens nous connaissaient, ce qui est incroyable… Nous recevons souvent des e-mails d'un fournisseur lorsqu'ils ont une famille qui, selon eux, pourrait revenir avec ce diagnostic."

Parfois, les familles qui ont déjà eu une grossesse affectée par l'alpha thalassémie ou qui ont une autre grossesse qui, selon elles, pourraient être affectées, contactent directement l'équipe de recherche de Mackenzie.

Une fois que les familles ont un diagnostic confirmé de thalassémie alpha, Mackenzie et son équipe discutent avec elles par appel vidéo au sujet de l'essai clinique et si elles pourraient être intéressées à participer. Après cet appel, les familles sautent souvent dans un avion et arrivent à l'UCSF en aussi peu qu'un à deux jours.

"Plus tôt les familles arrivent ici et envisagent de participer, plus la thérapie potentielle sera efficace", a déclaré Canepa. "Cela peut certainement être un tourbillon."

Lorsque les familles arrivent, elles rencontrent tous les spécialistes impliqués dans l'essai clinique et la mère subit une série de tests de dépistage pour s'assurer qu'elle et son fœtus pourraient participer à l'essai en toute sécurité. Les chercheurs traitent les fœtus entre 18 et 26 semaines de grossesse. Avant 18 semaines, la procédure peut mettre la grossesse en danger, et après 26 semaines, le fœtus peut avoir besoin de plus de cellules souches pour un traitement réussi que les médecins ne peuvent prélever auprès de la mère. Si l'équipe pense qu'il est sûr d'aller de l'avant et que le patient est d'accord, les chercheurs programment la mère pour la greffe de cellules souches dès que possible.

Le jour de la greffe de cellules souches est un grand jour, a déclaré Canepa. "Nous en avons eu un où nous avons commencé à sept heures du matin, et l'équipe n'a quitté l'hôpital qu'à deux heures du matin le même jour. Il y a beaucoup d'attente pour que le traitement soit terminé et que les cellules soient prêtes. "

Les femmes enceintes ne sont généralement pas éligibles pour servir de donneurs de cellules souches car le processus de collecte des cellules souches peut entraîner des saignements, ce qui pourrait exposer les mères à un risque d'anémie. Lors de la collecte de moelle osseuse, l'équipe prélève autant de cellules souches de la mère que possible pour donner à la greffe les meilleures chances de succès sans causer trop de saignement.

Après avoir délivré les cellules souches et le sang maternels via un IUT au fœtus, les mères continueront à recevoir un IUT régulier toutes les deux à trois semaines jusqu'à la naissance. À la naissance de l'enfant, les chercheurs prélèvent le sang de cordon de l'enfant pour voir combien de cellules de la mère ont été greffées avec succès dans la moelle osseuse du fœtus. Ils recherchent également des preuves que le système immunitaire du bébé tolère toujours les cellules de sa mère.

Jusqu'à présent, Mackenzie et son équipe ont recruté et traité six patients. Ils espèrent recruter 10 patients au total dans l'essai.

"Cinq sont nés. Un va naître la semaine prochaine", a déclaré Lianoglou. Mais, a-t-elle dit, "avec les cas que nous avons transfusés jusqu'à présent, il n'y a pas eu de remède".

Alors que certaines des cellules souches maternelles ont été greffées dans la moelle osseuse du fœtus, les enfants n'ont pas produit suffisamment d'hémoglobine saine à partir des cellules souches de leur mère, a déclaré Vichinsky. Ces enfants ont cependant toujours une tolérance immunitaire aux cellules de leur mère. Cette tolérance signifie que les chercheurs peuvent être en mesure de répéter la greffe de cellules souches avec les cellules souches de la mère même après la naissance de l'enfant.

"L'objectif est de pouvoir proposer une greffe de rappel", précise Lianoglou. "Le bébé a déjà été tolérisé dans les cellules de la mère. Ils ont été exposés, puis la mère pourrait à nouveau servir de donneuse."

Étant donné que ces enfants tolèrent déjà les cellules souches de leur mère, la procédure de préparation de la moelle osseuse des enfants pour plus de cellules souches maternelles nécessitera très peu de chimiothérapie, ce qui rend la procédure beaucoup plus sûre qu'une greffe de moelle osseuse standard. L'équipe de recherche n'a pas encore administré ces greffes de rappel, mais Vichinsky a déclaré qu'ils espéraient les commencer bientôt.

"En plus de l'essai clinique pour la greffe de cellules souches, nous explorons la possibilité d'étendre les indications de cet essai au-delà de l'alpha thalassémie pour d'autres conditions qui pourraient en bénéficier, y compris l'anémie de Fanconi, par exemple, ou la bêta thalassémie", a déclaré Lianoglou. Mackenzie et son équipe travaillent également sur des thérapies géniques qu'ils pourraient administrer in utero comme autre approche pour guérir l'alpha thalassémie.

Pour l'équipe de recherche, l'aspect le plus gratifiant du travail sur cet essai clinique a été d'apprendre à connaître les familles et éventuellement les enfants eux-mêmes une fois qu'ils sont nés.

"Nous recevons constamment des photos de ces bébés au fur et à mesure qu'ils grandissent et grandissent, et le simple fait de pouvoir voir cela et d'en faire partie est vraiment, vraiment spécial", a déclaré Canepa. "Tant ceux qui choisissent de participer que ceux qui choisissent de ne pas le faire, nous apprenons quelque chose de chaque famille qui franchit nos portes. Ils sont absolument incroyables."

Stephanie a rejoint Drug Discovery News en tant que rédactrice adjointe en 2021. Elle a obtenu son doctorat de l'Université de Californie à Los Angeles en 2019 et a écrit pour Discover Magazine,...

Numéro de juin 2023