Des substituts cutanés aux applications déjà éprouvées
La peau occupe une place particulière dans l'histoire de la médecine régénérative. Dès les années 1980, la culture ex vivo de kératinocytes issus d'un patient a permis de produire des feuillets épidermiques capables de couvrir durablement de très grandes surfaces chez des patients gravement brûlés. Plus récemment, l'association de cette technologie à la thérapie génique a permis de reconstruire un épiderme corrigé chez des patients atteints d'épidermolyse bulleuse jonctionnelle, une maladie génétique sévère de la peau.
Ces succès ont ouvert la voie à un large éventail de substituts cutanés, allant des matrices acellulaires aux produits contenant une ou plusieurs populations cellulaires. Les auteurs distinguent notamment les substituts contenant uniquement des kératinocytes ou des fibroblastes et les constructions plus complexes associant plusieurs lignages cellulaires au sein de structures dermo-épidermiques. Les indications dépassent désormais les brûlures sévères et concernent également les plaies chroniques et les ulcères, dont la fréquence augmente notamment avec le vieillissement de la population et les maladies métaboliques.
Il n'existe cependant pas de substitut universel. Les besoins diffèrent fortement selon qu'il s'agit d'assurer temporairement la protection d'une plaie, de stimuler sa cicatrisation ou de reconstruire durablement une peau fonctionnelle.
Cellules autologues ou allogéniques : deux stratégies complémentaires
Pour obtenir une reconstruction cutanée permanente, les cellules prélevées chez le patient lui-même ou cellules autologues restent une option privilégiée. Leur principal avantage est l'absence de rejet immunologique. Après prélèvement d'une petite biopsie cutanée, les kératinocytes peuvent être amplifiés en culture puis assemblés sous forme de feuillets épidermiques ou de substituts associant également des fibroblastes.
Cette approche personnalisée présente néanmoins plusieurs contraintes : le temps nécessaire à l'expansion cellulaire, les coûts de production, la logistique associée à des produits biologiques dont la durée de conservation est limitée et les exigences réglementaires particulièrement strictes. Ces contraintes limitent encore leur utilisation à certaines situations spécialisées.
À l'inverse, les cellules allogéniques, issues de donneurs, peuvent être produites en grande quantité, constituées en banques et rendues disponibles plus rapidement. Elles offrent ainsi des perspectives intéressantes pour la production de greffons « prêts à l'emploi » et pour la prise en charge d'un grand nombre de patients. Leur principal obstacle reste toutefois le rejet immunitaire lorsqu'une implantation durable est recherchée.
La revue présente à ce titre différentes pistes de recherche visant à produire des cellules moins immunogènes, notamment par édition génomique ou par modulation de molécules impliquées dans la tolérance immunitaire telles que HLA-G et PD-L1. Ces stratégies restent cependant à évaluer avec une attention particulière portée à leur sécurité.
Les « holoclones », un enjeu majeur pour reconstruire durablement l'épiderme
Un point central de la revue concerne la qualité des kératinocytes utilisés pour fabriquer les greffons.
Tous les kératinocytes n'ont en effet pas la même capacité régénérative. Parmi eux, les cellules formant des holoclones présentent le potentiel prolifératif le plus élevé et correspondent à la population de cellules souches kératinocytaires. Elles peuvent être amplifiées sur de très nombreuses générations tout en conservant leur capacité à reconstruire un épiderme.
Les données issues de greffes à long terme montrent que, si différentes catégories de progéniteurs participent initialement à la reconstruction de la peau, la contribution des cellules issues des holoclones devient progressivement prédominante. Elles assurent ainsi le maintien durable de l'épiderme après la greffe.
La préservation de ces kératinocytes à fort potentiel clonogénique tout au long du processus de production constitue donc l'un des critères biologiques majeurs pour développer des substituts destinés à une reconstruction permanente. Cette question est au cœur de plusieurs travaux menés par les équipes du LR2C.
Sortir progressivement des composants d'origine animale
Cette nécessité de préserver les cellules souches épidermiques se heurte cependant à l'un des principaux défis actuels du domaine.
Historiquement, l'expansion des kératinocytes repose sur des milieux contenant du sérum et sur une couche nourricière de fibroblastes, souvent des cellules murines 3T3. Ces méthodes ont démontré leur efficacité clinique et ont permis de traiter des milliers de patients. Mais elles utilisent des composants biologiques de composition parfois mal définie et, pour certains, d'origine animale.
Ces produits peuvent entraîner une variabilité entre les lots, augmenter les risques liés à la présence potentielle d'agents infectieux et compliquer la standardisation des procédés. Leur utilisation est également de moins en moins compatible avec les attentes réglementaires relatives à la fabrication de médicaments de thérapie innovante.
L'un des objectifs majeurs est donc de développer des systèmes de culture sans sérum, sans composants xénogéniques et, idéalement, chimiquement définis.
Plusieurs milieux de culture répondant partiellement à ces critères sont déjà disponibles ou en développement. Mais un compromis reste difficile à atteindre : il faut supprimer les composants indéfinis tout en maintenant la capacité d'expansion des kératinocytes les plus immatures et leur potentiel régénératif à long terme.
C'est précisément cette tension entre exigence réglementaire et performance biologique que les auteurs identifient comme l'un des principaux verrous à lever pour les substituts cutanés de nouvelle génération.
Vers une peau reconstruite plus proche de la peau native
Les substituts composés uniquement de kératinocytes et de fibroblastes ne reproduisent qu'une partie de la complexité de la peau naturelle.
Différents travaux cherchent donc à incorporer d'autres populations cellulaires. L'ajout de mélanocytes pourrait permettre de restaurer une pigmentation fonctionnelle, tandis que l'intégration de cellules endothéliales vise à accélérer la vascularisation du greffon, une étape déterminante pour sa survie après transplantation.
Les cellules stromales mésenchymateuses sont également étudiées pour leurs propriétés immunomodulatrices, angiogéniques et régénératives. Elles pourraient contribuer à favoriser la vascularisation, la ré-épithélialisation et le remodelage de la matrice extracellulaire.
La reconstruction des annexes cutanées - follicules pileux, glandes sébacées et glandes sudoripares - reste en revanche un défi majeur. Malgré plusieurs avancées expérimentales, aucun substitut actuellement disponible ne permet encore de restaurer l'ensemble des fonctions et des structures d'une peau native.
L'impression 3D parmi les pistes pour les greffons de demain
La bio-impression 3D constitue une autre voie prometteuse. Elle permet de déposer de manière contrôlée plusieurs types cellulaires et des biomatériaux afin de recréer une organisation tissulaire plus proche de celle de la peau.
Des greffons dermo-épidermiques vascularisés contenant notamment kératinocytes, fibroblastes, cellules endothéliales et péricytes ont déjà été produits expérimentalement dans des conditions exemptes de produits d'origine animale et testés dans des modèles précliniques.
À plus long terme, la bio-impression directement sur la plaie pourrait permettre de déposer les cellules et les biomatériaux au niveau du site à traiter, en adaptant leur répartition à la géométrie de la lésion. Les résultats restent néanmoins principalement précliniques et de nombreux obstacles doivent encore être résolus : viabilité cellulaire, vascularisation rapide, stérilité, reproductibilité, automatisation, réglementation des dispositifs et intégration dans les pratiques chirurgicales.
De la preuve de concept à une production à grande échelle
Pour les auteurs, les progrès futurs ne dépendront donc pas uniquement de la capacité à construire une peau de plus en plus complexe. La réussite de la translation clinique reposera également sur la capacité à standardiser et industrialiser la production, tout en maintenant les propriétés biologiques essentielles des cellules.
À court terme, l'enjeu prioritaire est de disposer de conditions de culture définies permettant de préserver les cellules souches kératinocytaires. À moyen terme, le développement de banques cellulaires allogéniques bien caractérisées pourrait faciliter une production à grande échelle et l'accès à des greffons disponibles rapidement. À plus long terme, l'automatisation, la bio-impression 3D et la reconstruction des différentes annexes cutanées pourraient conduire à des substituts reproduisant de façon beaucoup plus complète la structure et les fonctions de la peau.
Cette revue met ainsi en évidence la nécessité d'une approche profondément translationnelle, associant biologie des cellules souches, ingénierie tissulaire, bioproduction et exigences réglementaires pour transformer les avancées de laboratoire en produits thérapeutiques réellement accessibles aux patients.
Contact : Nicolas Fortunel.