Phosphate et différenciation des cellules squelettiques

Phosphate and skeletal cell differentiation

• Auteur / Autrice : Marion Julien
• Direction : Jérôme Guicheux, David Magne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Odontologie. Biologie cellulaire et moléculaire
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie biologie (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Nantes Université. Pôle Santé. UFR Odontologie (Nantes)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Phosphates de calcium

Biomatériaux

Ostéocytes

Différenciation cellulaire

Cellules

Résumé

Le travail qui fait l'objet de cette thèse était articulé autour de deux parties. La partie principale visait à une meilleure compréhension du rôle du phosphate inorganique (Pi) dans la différenciation des chondrocytes et des ostéoblastes, cellules responsables respectivement de l'ossification endochondrale et de l'ossification membranaire. L'importance des ions phosphate est illustrée par le rachitisme et par les calcifications vasculaires qui découlent de dérèglements de la phosphatémie. Nous avons d’une part montré dans des modèles in vitro et ex vivo (lignées cellulaires, cultures primaires et cultures d’organe) que le Pi stimule l’expression de la protéine Gla matricielle (MGP) via la voie ERK1/2 dans les chondrocytes et les ostéoblastes. Nous avons d’autre part mis en évidence que le facteur de transcription Fra-1 est potentiellement impliqué dans les effets du Pi sur l’expression de MGP dans les ostéoblastes. Etant donné le rôle de MGP dans le contrôle de la minéralisation normale et ectopique, ces données contribuent à une meilleure connaissance du rôle du Pi dans la formation et l’homéostasie osseuses, qui sont perturbées lors des dérèglements de la phosphatémie. Dans la seconde partie, nous avons contribué à la caractérisation de deux matériaux de substitution osseuse phosphocalciques, une céramique et un ciment ionique. Au travers de ces études nous avons exploré deux voies de recherche permettant de moduler les propriétés mécaniques et biologiques des biomatériaux phosphocalciques. Ces travaux ont permis de répondre à des problématiques appliquées aux biomatériaux phosphocalciques (amélioration des propriétés mécaniques et de la bioactivité) et ouvrent de nouvelles perspectives qui permettront la conception de matériaux de comblement osseux innovants.

This study was divided into two parts. The objectives of the main part were to better understand the role of inorganic phosphate (Pi) in the differentiation of cells responsible for endochondral and membranous ossification, respectively the growth plate chondrocytes and the osteoblasts. The regulation of these ossification processes is related to phosphate metabolism. Deregulation of the phosphatemia can lead to rickets or vascular calcification respectively associated with hypo- or hyperphosphatemia. The role of inorganic phosphate (Pi) in chondrocyte and osteoblast differentiation remains largely unexplored. Using in vitro and ex vivo models (cell lines and primary cultures) we showed in a first part that Pi stimulates the matrix Gla protein (MGP) expression via ERK1/2 in skeletal cells. In addition, we showed that the Fra-1 transcription factor is involved in the intracellular mechanisms involved in the Pi-stimulated MGP expression in osteoblasts. Considering the role of MGP in the control of normal and ectopic mineralization, these data contribute to a better knowledge of the role of Pi in bone formation and homeostasis, which are disturbed in the case of phosphatemia deregulation. In the second part, we contributed to the characterization of two calcium phosphate biomaterials, a bioceramic and an ionic cement. Through these studies we explored two paths of research allowing a modulation of the mechanical and biological properties of calcium phosphate biomaterials. This work provided new insights in the management of calcium phosphate biomaterials (improvement of mechanical properties and bioactivity) as well as the design of innovative bone substitutes.