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NutraStem : Favoriser la prolifération de vos propres cellules souches adultes

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  1. 1. STEM CELLS AND DEVELOPMENT 15:118–123 (2006)© Mary Ann Liebert, Inc. Des nutraceutiques améliorent de manière synergique la prolifération des cellules souches humaines Paula C Bickford,1,2 Jun Tan,1 R. Douglas Shytle,1 Cyndy D. Sanberg,3 Nagwa El-Badri,1 and Paul R. Sanberg1 RESUMEUne alternative viable à la transplantation de cellules souches est d’élaborer des approches quistimulent les cellules souches endogènes pour favoriser la guérison et la médecine régénérative. Il aété montré que beaucoup de composants naturels améliorent la guérison ; cependant, les effets deces composants sur les cellules souches n’ont pas été étudiés. Nous rapportons ici les effets deplusieurs composants naturels sur la prolifération de cellules souches de moelle osseuse humaines etde cellules CD34+ et CD133+ humaines. La formule à base de myrtille, de thé vert, de catéchine, decarnosine et de vitamine D3 a un effet, dépendant de la quantité de chaque ingrédient, sur laprolifération de cellules souches de moelle osseuse humaines par rapport au Facteur de stimulationdes colonies de granulocytes et de macrophages humaines (hGM-CSF). Nous montrons ensuite quecertaines combinaisons de ces nutriments produisent un effet synergique pour développer laprolifération de cellules progénitrices hématopoïétiques humaines. Ceci démontre que desnutriments peuvent agir pour encourager la guérison par une stimulation des populations decellules souches. INTRODUCTION cellules progénitrices engagées dans le remplacement continu des cellules sanguines matures.1-3 In vitro, il a été montré que diversesL es cellules souches sont présentes dans plusieurs organes du corps humain, y comprisla moelle osseuse, le sang périphérique, le sang de combinaisons de cytokines incluant les interleukine-1 (IL-1), IL-3, IL-6, des facteurs decordon ombilical, la rate, les gencives et le cellules souches (SCF) et l’érythropoïétine (EPO)cerveau. Ces cellules progénitrices ont été étudiées supportent la croissance de cellules souchespour leur utilisation potentielle en tant que tissus progénitrices multi-potentes.4,5 Individuellement, letransplantés dans le traitement de maladies telles facteur de croissance des granulocytes (G-CSF) etque les cancers (leucémies), le diabète, les AVC, l’EPO sont des facteurs de croissance pour lesles scléroses latérales amyotrophiques (SLA) et la progéniteurs dédiés respectivement aux 6maladie de Parkinson. Cependant, peu d’efforts ont myéloblastes et aux érythroblastes. Cliniquementété directement dirigés pour considérer le G-CSF et l’EPO fournissent des traitementsl’amélioration endogène de la prolifération des efficaces contre la neutropénie et l’anémie7,8 et sontcellules souches chez l’animal comme un moyen utilisés pour améliorer les progéniteurs du sangpotentiel de soutien de la guérison. périphérique en tant qu’alternative à la greffe de Les cellules souches hématopoïétiques ont moelle osseuse pour des patients atteints deété étudiées pendant de nombreuses années pour cancers (leucémies). Cependant, ces traitementsleur utilité dans les traitements contre certains sont coûteux et non sans risque.cancers (leucémie). Des études expérimentales Bien que des traitements potentiellementportant sur l’hématopoïèse et les approches meilleurs soient en cours de développement, peucliniques qui pourraient corriger ses déficiences se d’études se sont penchées sur les effets de produitssont focalisées sur l’activité des cytokines. Les naturels, vitamines et autres nutriments quicytokines modulent l’hématopoïèse en maintenant pourraient moduler l’auto-renouvellement desl’auto-renouvellement des cellules souches et en cellules souches. Cependant, ces dernières années,stimulant la prolifération et la maturation des il y a eu une recrudescence dans l’intérêt pour les1 Center of Excellence for Aging and Brain Repair, University of South Florida College of Medicine, Tampa, FL 33612.2 James A. Haley Veterans Administration Hospital, Tampa, FL 33612.3 Natura Therapeutics, Inc., Tampa, FL 33618. 1
  2. 2. STEM CELLS AND DEVELOPMENT 15:118–123 (2006)© Mary Ann Liebert, Inc.effets de diverses déficiences alimentaires sur la d’Asie, cuites à la vapeur puis séchées. Depuis auréactivité hématopoïétique et immunitaire. L’acide moins 3000 ans, le thé vert est largementfolique, la vitamine B12 et le fer ont un rôle crucial consommé au Japon, en Chine et dans d’autresdans l’érythropoïèse. Les érythroblastes requièrent pays asiatiques pour maintenir une bonne santé.de l’acide folique et de la vitamine B12 pour Récemment, les scientifiques ont commencé àproliférer durant leur différenciation. Une carence étudier ses effets bénéfiques sur la santé à traversen acide folique ou vitamine B12 inhibe les des études menées sur des animaux, en laboratoire,synthèses de la purine et de la thymidylate, ou par le biais d’observations sur l’homme. Biendétériore la synthèse de l’ADN et provoque une qu’il ait été montré que les composants actifs duapoptose des érythroblastes ; il en résulte une thé vert inhibent la croissance de lignées cellulairesanémie due à une érythropoïèse inefficace.9 tumorales, ils n’affectent pas la croissance desRécemment, d’autres études ont montré que cellules normales à des doses similaires21,22 etcertains acides gras, en particulier l’acide oléique pourrait en réalité fournir une protection cellulaireet l’acide linoléique, favorisent la prolifération de contre l’âge.23 A la lumière de telles découvertes, ilcellules souches hématopoïétiques10,11 et modulent semblerait que certains nutriments, vitamines etl’auto-renouvellement des cellules intestinales flavonoïdes aient un rôle important dans leépithéliales.12 maintien de l’auto-renouvellement des cellules La vitamine D a également reçu une souches et dans la stimulation de la prolifération etattention croissante ces dernières années, en partie de la différenciation de progéniteurs nécessaires auparce que de récentes études ont suggéré que près remplacement continuel de cellules matures dans lede la moitié de la population américaine souffrirait sang, le cerveau ainsi que d’autres tissus. De plus,de carences en vitamine D13. De récentes études en il serait possible d’utiliser certains produitslaboratoire ont montré que la vitamine D3 a des naturels, soit seuls, soit en synergie, pour leeffets impressionnant sur la prolifération de traitement de pathologies dans lesquelles undiverses formes de cellules progénitrices remplacement des cellules souches est justifié.multipotentes, et en particulier de celles jouant un Cependant, le propos de cette étude estrôle dans le système immunitaire.14 La recherche d’analyser les propriétés de divers composantssur la sénescence (la fin du cycle de la vie de naturels pour leurs capacités à stimuler lacellules qui se divisent) suggère que la carnosine, prolifération de CSH humaines. Nous avons étudiéun nutriment diététique qui se trouve dans les les effets de composants naturels sur les cellulesmuscles et le cerveau des mammifères, aurait la souches de moelle osseuse, les CD34+ CSH et lesremarquable capacité de régénérer les cellules cellules progénitrices CD133+ du sangproches de la sénescence, à restaurer une périphérique. Nous montrons pour la première foisapparence normale et à augmenter la durée de vie que certains composants naturels peuventcellulaire.15,16 améliorer la prolifération de cellules souches D’autres études suggèrent encore qu’une hématopoïétiques, et plus spécifiquement qu’unecomplémentation alimentaire à base d’aliments combinaison d’extrait de myrtille, d’extrait de thériches en antioxydants, comme les myrtilles, vert, de carnosine et de vitamine D3 montre unepeuvent prévenir voire inverser les paramètres activité synergique.cellulaires et comportementaux qui déclinent avecl’âge.17,18 Par exemple, une complémentation MATERIEL ET METHODESalimentaire à base de 2 % d’extrait de myrtilleproduit à la fois des effets neuro-protecteur et Réactifsneuro-régénérateur chez les animaux âgés, peut-être comme résultat de la modulation des cascades Tous les composants ont été ajoutés à desde signalisation cellulaire.19 De plus, il a été montré cultures cellulaires comme cela est décrit dans laque l’extrait de myrtille améliore la neurogenèse section Résultats. Les sources des composants ontdans le cerveau de rats âgés. été comme suit : myrtille (poudre lyophilisée, Van Le thé vert est une boisson faite à partir de Drunen Farms, Momence, IL), extrait de thé vertfeuilles de Camellia sinensis, un arbuste natif (Rexall), carnosine (Sigma), catechine (Sigma) et 2
  3. 3. STEM CELLS AND DEVELOPMENT 15:118–123 (2006)© Mary Ann Liebert, Inc.une forme active de vitamine D3 (25-hydroxy- d’aliments tels que la myrtille, le thé vert et descholecalciferol ; Sigma). composants spécifiques incluant de la catéchine, de la carnosine et de la vitamine D3 améliore laCultures cellulaires et test MTT prolifération de cellules souches de moelle osseuse en fonction de la dose administrée (Fig. 1). La Pour analyser la prolifération de cellules, prolifération de cellule déterminée par le test MTTdes cellules souches de moelle osseuse, des est présentée comme le pourcentage decellules CD34+ ou des cellules CD33+ prolifération des cellules pendant le contrôle, par(BioWhittaker, Inc.) ont été mises en culture sur rapport à des cellules cultivées dans les mêmesdes plaques microtitres de 96 puits (5*104/puit) conditions, sans que l’on ait ajouté quelque extraitcontenant 100 µl de milieu complet consistant en ou composant. Le contrôle positif effectué grâce auun milieu de RPMI-1640 complété avec 5 % de Facteur de stimulation des colonies deserum de veau foetal (SVF). Ces cellules ont été granulocytes et de macrophages humaines (hGM-traitées pendant 72h avec divers extraits dans une CSF ; Fig. 1A) a produit une prolifération de 44.5large gamme de doses (de 8 ng/ml à 500 ng/ml) ou ± 8.1 % avec la dose la plus élevée, i.e. 100 ng/ml.avec des composants moléculaires (de 0.3125 µM La myrtille et la catéchine ont montré uneà 20 µM). Cinq heures avant la fin du traitement, augmentation de la prolifération de respectivement20 µl d’une solution MTT (MTT kit, Sigma) ont 34.5 ± 6.7 et 34.8 ± 5.2 % pour des doses de 500été ajouté à chaque puis. Ces plaques ont ensuite ng/ml et 20 µM (Fig. 1B, C). La carnosine afficheété incubées dans un incubateur à CO2 à 37°C une augmentation de la prolifération de 26.6 ± 6.0pendant 5h et les milieux en culture ont été % pour une dose de 20 µM (Fig. 1D) et la vitamineprélevés avec une aiguille et une seringue. Un total D3 affiche un pourcentage de prolifération plusde 200 µl de Diméthylsulfoxyde (DMSO) a été faible 14.8 ± 3.3 % à 5 µM (Fig. 1F). Le thé vertajouté à chaque puit, en aspirant puis refoulant à produit une prolifération similaire à celle de lal’aide d’une pipette pour dissoudre les cristaux. myrtille et de la catéchine de 35.6 ± 9.2 % a 500Ces plaques ont ensuite été remises dans ng/ml (Fig. 1E).l’incubateur à 37°C pendant 5min, puis transféréesdans un lecteur de plaques. On a ensuite mesuré L’effet synergique et stimulant des extraits et desleur absorbance à 550 nM. Les données ont été composants sur la proliférationreprésentées comme étant le pourcentage relatif deprolifération moyenne, définie comme le nombre Pour déterminer si les extraits et leslu de cellules traitées normalisées pour contrôler composants font preuve d’un effet synergique surles cellules (en l’absence de traitement). la prolifération des cellules, nous avons mis en culture des cellules de moelle osseuse avecRESULTATS différentes combinaisons d’extraits et de composants. Nous avons également mis en cultureStimulation de la prolifération de cellules souches des cellules de moelle osseuse avec un seul de cesde moelle osseuse en fonction de la dose extraits ou composants à la dose la plus élevée, permettant d’atteindre le plus haut taux de Plusieurs extraits d’aliments, extraits prolifération, ce qui a été représenté par les figuresd’herbes et composants spécifiques ont été dépistés 1A-F. Le contrôle positif hGM-CSF affichait uneindividuellement pour leur activité de prolifération prolifération de 48.3 ± 7.4 %, alors que seuls, lasur les cellules souches de moelle osseuse myrtille, la catéchine, la carnosine, le thé vert et lahumaines en culture. Les épinards, la spiruline, vitamine D3 n’entrainent pas une proliférationl’épigallocatéchine gallate (EGCG), l’épicatéchine, significativement différente, comme le démontre lala Withania Somnifera, le carao, le Rehmannia Fig. 1 (Fig. 2A). Cependant, il résulte de laglutinosa et l’Astragalus Membranaceus n’ont pas combinaison d’extraits et de composants un bienmontré une activité élevée sur les cellules souches meilleur pourcentage d’augmentation de lade moelle osseuse en culture et n’ont pas été testés prolifération par rapport aux extraits oupar la suite. Il a été montré que certains extraits composants observés individuellement. Par 3
  4. 4. STEM CELLS AND DEVELOPMENT 15:118–123 (2006)© Mary Ann Liebert, Inc.exemple, myrtille/vitamine D3 montre une puisque la prolifération augmente de 83 % (Fig.augmentation de 62 % dans la prolifération, 2A). Myrtille/thé vert, myrtille/vitamine D3/thémyrtille/carnosine une augmentation de 70 % et vert et myrtille/vitamine D3/thé vert/carnosinemyrtille/carnosine a le plus grand affect synergique montrent également des augmentations Fig. 1. Extraits de végétaux ou composants aux vertus nutritionnelles améliorant la prolifération de cellules de moelle osseuse en fonction de la dose. Des cellules de moelle osseuse humaines ont été mises en culture sur des plaques microtitres de 96 puits destinés à mettre en culture des tissus (5*104/puit) et traitées avec un hGM-CSF humain (A), de l’extrait de myrtille (B), de la catéchine (C), de la carnosine (D), de l’extrait de thé vert (E) et de la vitamine D3 (F) administré à différentes doses pendant 72h. Après le traitement, ces cellules ont été préparées pour une analyse MTT de prolifération de cellule comme décrit dans Matériel et Méthodes. Les données ont été représentées comme le pourcentage d’augmentation par rapport au témoin (sans aucun traitement, dans les mêmes conditions de cultures). De A à F, une analyse de variance (ANOVA) et un test post hoc montrent des différences significatives de pourcentage par rapport au témoin (±SD avec n = 3 expériences) entre des doses élevées et des doses faibles (p < 0.005). 4
  5. 5. STEM CELLS AND DEVELOPMENT 15:118–123 (2006) 15:118© Mary Ann Liebert, Inc.significatives de la prolifération de respectivement 7.4 % pour le hGM-CSF, ce qui correspond à une ,56 %, 72 % et 70 % (Fig. 2A). augmentation de 5 % environ par rapport à l’effet du hGM-CSF sur les cellules souches de moelle CSFAmélioration de la prolifération des cellules osseuse (Fig. 2B). Cependant, individuellement, la individuellementCD34+ et les propriétés synergiques des extraits et myrtille, la catéchine, la carnosine, le thé vert et lades composants vitamine D3 montrent respectivement une augmentation de la prolifération de 20.9 ± 3.0, 24.8Pour déterminer si ces extraits et ces composants ± 5.0, 11.05 ± 2.1, 14.0 ± 3.7 et 6.9 ± 2.6 %, ce quiaméliorent la prolifération d’autres cellules est bien plus bas que ce qui a été observé pour lesprogénitrices, nous avons mis en culture des cellules de moelle osseuse (Fig. 2B). Toutefois,cellules souches hématopoïétiques humaine CD34+ lorsqu’on combine myrtille/vitamine D3,dans les mêmes conditions que les cellules de myrtille/catéchine, myrtille/carnosine, myrtille/thémoelle osseuse et en utilisant différentes vert et myrtille/vitamine D3/thé vert montre unecombinaisons d’extraits et de composants, et avec augmentation de la prolifération de respectivementles plus forte doses déterminées pour une 39.3 ± 2.0, 57.3 ± 10.4, 30.9 ± 3.4, 27.9 ± 10.0 et ,augmentation maximale de la prolifération des 49.9 ± 13.1 %, ce qui est au moins additif et danscellules, comme le montre la figure 1A-F. Les certains cas, plus qu’additif par rapport aux extraitsrésultats ont montrés une augmentation de 48.3 ± et composants pris individuellement (Fig. 2B). Il est intéressant de remarquer que la combinaison de myrtille/vitamine D3/thé vert/carnosine montre une augmentation de 67.6 ± 11.9 % lorsqu’un simple effet additif aurait indiqué une augmentation de 52 % : il y a donc bien un effet synergique lié à cette combinaison (Fig. 2B). Amélioration de la prolifération de CD133+ et propriétés synergiques des extraits et composants Certains des composants et des combinaisons possédant le plus fort potentiel Fig. 2. L’extrait de myrtille affecte de manière synergique la prolifération des cellules dans le cas de co-traitement avec D3, CH, co D3/GT ou D3/GT/Ca. (A) Les cellules de moelle osseuse humaines ont été mises en culture sur des plaques microtitres de 96 puits destinés à mettre en culture des tissus (5*104/puit) et ont été traitées avec de l’extrait de myrtille (500 ng/ml) en présence de D3 (5 µM), CH (20 µM), Ca (20 µM), GT (500 ng/ml), D3(5 µM)/GT (500 M), ng/ml), ou D3 (5 µm)/GT (500 ng/ml)/Ca (20 µM) pendant 72h. m)/GT (B) Cellules CD34+ humaines dérivées de moelle osseuse (5*104/puit) traitées comme indiqué ci-dessus (A). Pour le test MTT, ci ces cellules ont été préparées pour l’analyse de la prolifération cellulaire. Les données ont également été représentées comme le pourcentage d’augmentation par rapport au témoin. Une ANOVA et des tests post hoc ont montré des différences significatives de différ pourcentage par rapport au témoin (±SD avec n = 3 expériences) entre les traitements individuels et certaines combinaisons, pour A, le traitement combiné BB/D3 par rapport à BB ou CH (p < 0.005), BB/CA comparé à BB ou Ca (p < 0.001), BB/D3/GT par rapport à 0.001) BB, D3 ou GT, BB/D3/GT/Ca par rapport à BB, D3, GT ou Ca ; B, le traitement combiné BB/CH par rapport à BB ou CH en traitement individuel (p < 0.005), BB/D3/GT/Ca par rapport à BB, D3, GT ou Ca (p < 0.001). 5
  6. 6. STEM CELLS AND DEVELOPMENT 15:118–123 (2006)© Mary Ann Liebert, Inc.d’augmentation de la prolifération sur les cellules trois types de cellules, les cellules CD133+ étant lesCD34+ dérivées de la moelle osseuse ont ensuite plus sensibles puisque la réponse proliférative estété utilisés pour traiter les CD133+ (cellules deux fois plus élevées qu’avec le hGM-CSF. Deprogénitrices) collectées dans le sang périphérique tous les composants testés, l’extrait de myrtille estet cultivées dans les mêmes conditions que celles celui qui constamment produit la prolifération lacitées précédemment. La prolifération des cellules plus significative lorsqu’il est combiné aveca été déterminée grâce à un test MTT (voir d’autres composants.Matériel et Méthodes) et est exposée comme le Il y a plusieurs mises en garde concernantpourcentage de prolifération cellulaire supérieur au l’interprétation et la portée de nos découvertes.témoin. Les résultats ont révélé une augmentation Premièrement, notre test pour la prolifération étaitde 21.11 ± 2.9 % après le traitement à base de seulement basé sur le test MTT, ce qui reflètehGM-CFS (Fig. 2C). Individuellement, la myrtille, l’activité de la chaine respiratoire mitochondriale.la carnosine, le thé vert et la vitamine D3 ont Bien que le test MTT soit une méthode de pointemontré respectivement une augmentation de 11.9 ± très précise pour mesurer la viabilité cellulaire in3.1, 16.9 ± 3.3, 13.57 ± 3.0 et 7.6 ± 1.39 % de la vitro, ses résultats peuvent avoir d’autresprolifération (Fig. 2C). Lorsqu’on les combine, interprétations.myrtille/vitamine D3/thé vert et myrtille/vitamine Deuxièmement, ces découvertes ont besoinD3/thé ert/carnosine montrent respectivement une d’être répliquées in vivo avant que l’on ne puisseaugmentation de 29.2 ± 3.6 et 42.5 ± 5.9 % de la faire des déclarations concernant les applicationsprolifération (Fig. 2C.), ce qui indique que l’effet de nos découvertes. Par exemple, nos études ontsur les CD133+ résultant de la combinaison de ces été menées in vitro et par conséquent, lacomposants est additif. complexité associée à la pharmacocinétique de ces divers composants pris oralement n’est pas prise enDISCUSSION compte. Troisièmement, de futures études devraient déterminer si la prolifération engendrée Dans cette étude, nous avons démontré par ces substances et leurs combinaisons augmentepour la première fois que divers composants le risque de genèse de tumeurs. Parce qu’il a éténaturels et leurs combinaisons améliorent la montré que la plupart de ces composants soit (1)prolifération des cellules de moelle osseuse, des inhibe la croissance de lignées cellulairescellules CD34+ dérivées de la moelle osseuse et tumorales, soit (2) entraine une différenciation desdes cellules CD133+ dérivées du sang périphérique. cellules tumorales, soit (3) n’affecte pas ouLorsqu’on les teste individuellement, ces augmente la croissance de cellules normales,22,24-26composants sont plus efficaces pour améliorer la nos hypothèses de travail reposent sur le fait queprolifération des cellules de moelle osseuse et cette association encourage la croissance demoins efficaces pour traiter les populations cellules normales et réduit également laprogénitrices. Ces découvertes peuvent renvoyer tumorgénicité genèse de tumeurs potentielles.au fait que ces composants, pris individuellement, Finalement, bien que cette étude démontre uneont un effet sur les populations de cellules matures amélioration de la prolifération, nous ne savons pasque l’on retrouve également dans les cellules de quel sera le phénotype de ces cellules après lemoelle osseuse mises en culture. Lorsque l’activité traitement. Un des buts d’études futures sera dede ces composants est étudiée en combinaisons, les déterminer si nous pouvons identifier deseffets additifs et synergiques étaient plus marqués composants naturels qui ne se contenteraient paspour les cellules progénitrices CD34+ et CD133+. Il d’améliorer la prolifération de cellules souchesest surprenant de remarquer que, de certaines de normales, mais également de les pousser ver lesces combinaisons, résulte une prolifération qui phénotypes désirés et spécifiques à certainsexcède celle produite par le contrôle positif au troubles.hGM-CSF. Par exemple, une combinaison à base En conclusion, nous avons démontré pourd’extrait de myrtille, d’extrait de thé vert, de la première fois que certains composants naturelscarnosine et de vitamine D3 produit une meilleure peuvent stimuler la prolifération de cellulesprolifération que celle induite par le hGM-CSF des souches hématopoïétique in vitro, et plus 6
  7. 7. STEM CELLS AND DEVELOPMENT 15:118–123 (2006) 15:118© Mary Ann Liebert, Inc. 12précisément qu’une combinaison d’extrait de Holehouse EL, ML Liu and GW Aponte. (1998). Oleic acidmyrtille, d’extrait de thé vert, de carnosine, et , distribution in small intestinal epithelial cells expressing intestinal-fatty acid binding protein. Biochim Biophys Acta fatty Biochivitamine D3 affichent une activité synergique au 1390:52-64.cours de ces tests. De futures études examineront 13 Meyer C. (2004). Scientists probe role of vitamin D:les effets de ces composants sur des cellules deficiency a significant problem, experts say. J Am Med Assndérivées non-hématopoïétiques. 292:1416-1418. 14 Mathieu C, EE van, B Decallonne, A Guilietti, C Gysemans, R Bouillon and L Overbergh. (2004). Vitamin D and 1.25- Vi dihydroxyvitamin D3 as modulators in the immune system. 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