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Accueil du site > Equipes de Recherche > Groupe Interdisciplinaire en Biomécanique Ostéoarticulaire et Cardiovasculaire > Axe 1 Croissance et régénération des tissus du système squelettique :
Axe 1 Croissance et régénération des tissus du système squelettique :
Cécile Baron (CR CNRS), Martine Pithioux(CR CNRS)
Doctorant : Jean-Philippe Berteau
Os en croissance ; organes de croissance de l’os ; ingénierie tissulaire
Os en croissance et os régénéré
Mise à jour : 3 octobre 2011La première thématique abordée concerne, l’os en croissance et les organes de croissance de l’os (le cartilage et le périoste) associés également aux problèmes de régénération tissulaire en présence ou non d’un d’un biomatériau.
Caractérisation mécanique de l’os en croissance
La connaissance des caractéristiques mécaniques de l’os et du cartilage est indispensable pour la compréhension du mécanisme des fractures et pour le choix des techniques thérapeutiques.
Dans le champ pédiatrique, les principales références sur l’os et le cartilage de croissance sont peu nombreuses, discutables et difficilement utilisables (origine des échantillons et qualité des populations étudiées). En revanche, bien que l’ensemble des informations présentes dans la littérature renseigne qualitativement sur le matériau, elles ne permettent pas d’établir des lois de comportement mécaniques pour orienter des choix thérapeutiques (orthopédie, rééducation), interpréter quantitativement en imagerie médicale (DXA, échographie), et modéliser numériquement des « patients virtuels » bio-fidèles.
Nous nous proposons de caractériser l’os et ses organes de croissance en fonction de l’âge (sur des échantillons fournis par les cliniciens de l’équipe) et à l’échelle microscopique par histologie et biochimie (en collaboration avec les enseignants de faculté de d’odontologie de l’équipe). A l’échelle macroscopique, l’évaluation mécanique des échantillons osseux se fait par caractérisation ultrasonore en technique non-destructive (collaboration avec le LMA – Marseille) et par des tests mécaniques classiques.
Processus de régénération osseuse
Par ailleurs, la reconstruction de grands défauts osseux demeure un problème clinique significatif dans le cas de fortes pertes osseuses dues à des événements pathologiques tels que des traumatismes, des inflammations, ou les traitements chirurgicaux de tumeurs. Les approches thérapeutiques actuelles incluent les greffes osseuses (autogreffes et allogreffes) ou des implants constitués par divers biomateriaux mais aucunes d’elles n’a prouvé être totalement satisfaisantes. L’utilisation de biomatériaux poreux, quant à eux, permettent d’éviter un prélèvement d’os sur les patients ce qui réduit donc le nombre d’opérations. De plus, ils sont biocompatibles et peuvent présenter des propriétés osteoinductive (bioverre, βTCP). Leur utilisation dans le cas de petits défauts osseux est un succès mais le phénomène de vascularisation reste un frein majeur dans le cas de leur utilisation pour le comblement de défauts osseux critiques. En effet, la colonisation du matériau par les vaisseaux sanguins est encore trop lente pour subvenir aux besoins des cellules en oxygène et nutriments.
Dans ce projet nous nous proposons de tester une nouvelle voie d’induction de la vascularisation en utilisant les propriétés du périoste. Le périoste est une membrane hautement vascularisée entourant la surface externe des os. Il contient dans sa couche profonde des cellules osteoprogénitrices. Les expériences que nous avons réalisées sur des lapins ont montré que la préservation intégrale du périoste lors de la création d’un défaut osseux critique dans le tibia permettait, après 6 semaines, de restituer intégralement la structure osseuse.
Dans le but d’étudier cette nouvelle stratégie de vascularisation basée sur l’utilisation du périoste et dans un souci de comparaison vis à vis des données présentes dans la littérature, des biomateriaux à base de βTCP (Phosphate tri calcique β) seront utilisés. Ces matériaux seront utilisés comme tuteur à la reconstruction osseuse. Les biomatériaux seront élaborés par le Centre Ingénierie Santé de l’Ecole des Mines de Saint Etienne. La régénération osseuse avec périoste sera alors comparée avec ou sans biomatériau en terme de propriétés mécaniques et morphologie de l’os néoformé, mais également en terme de colonisation du volume du matériau.
Plus précisément, concernant l’aspect cellulaire, après placement des matériaux dans les sites chirurgicaux, des injections de fluorochromes seront réalisées à intervalles réguliers. Après fixation tissulaire et préparations histologiques, la localisation des fluorocromes sur des coupes tissulaires sera examinée en microscopie à fluorescence pour étudier la localisation de l’os néoformé et la cinétique de régénération osseuse in vivo. La néo angiogenèse de l’os neoformé au sein du biomatériau implanté sera étudiée sur des coupes histologiques déminéralisées et en fonction du temps et à l’aide de marqueurs spécifiques.
La pulpe dentaire comporte une population de cellules progénitrices capable de régénération osseuse. Ces cellules ont un potentiel de prolifération élevé. Elles expriment les marqueurs des cellules progénitrices : Stro-1, CD34+, Vegfr2/flk-1+, BCRP1, Stat3, Bmi1 et Tert. Lorsqu’elles sont injectées in vivo avec une poudre d’hydroxyapatite, elles entraînent une régénération osseuse et lorsqu’elles sont injectées avec du β-TCP dans un défaut osseux, elles accélèrent la régénération osseuse de façon significative. Ces cellules seront isolées par tri cellulaire à l’aide de marqueurs des cellules progénitrices pulpaires. Elles seront cultivées et amplifiées in vitro. Après leur amplification, elles seront cultivées sur le biomatériau afin de déterminer la biocompatibilité de ce dernier et la cinétique de sa colonisation par ces cellules progénitrices. La différenciation des cellules progénitrices sera étudiée grâce à des marqueurs spécifiques. Un revêtement du biomatériau avec un ou plusieurs facteurs chimiotactiques peut être envisagé. Le revêtement du biomatériau avec un facteur de croissance tel que le BMP accélère la néoformation osseuse in vivo dans des implants en hydroxyapatite. Le revêtement avec d’autres facteurs de croissance peut également être envisagé. Le FGF-2 par exemple peut à la fois induire l’angiogenèse et l’activation et le recrutement des cellules progénitrices. Le biomatériau sera recouvert par le facteur de croissance. L’effet de ce revêtement sur le recrutement et la migration des cellules progénitrices, leur différenciation et la minéralisation sera étudié en culture.
L’influence de l’architecture du biomatériau sur la reconstruction osseuse sera également réalisée. Une approche biomécanique sera utilisée pour déterminer l’architecture optimale de l’implant permettant une vascularisation/ossification rapide du défaut.
