Large bone defects reconstruction by using vascularization and 3D printing

par Luciano Vidal

Thèse de doctorat en Médecine régénératrice et biomatériaux

Sous la direction de Pierre Layrolle, Alain Hoornaert et de Meadhbh Brennan.

Soutenue le 20-12-2019

à Nantes , dans le cadre de École doctorale Biologie-Santé (Rennes) , en partenariat avec Université Bretagne Loire (COMUE) et de Laboratoire Sarcomes osseux et remodelage des tissus calcifiés (Nantes) (laboratoire) .

Le président du jury était Françoise Redini.

Le jury était composé de Philippe Rosset, Christophe A. Marquette.

Les rapporteurs étaient Nathalie Chevallier, Agnès Dupret Bories.

  • Titre traduit

    Apport de l’impression 3D et de la vascularisation dans la régénération de grands défauts osseux


  • Résumé

    La reconstruction de grands défauts osseux d’origine traumatique ou tumorale constitue un défi pour les orthopédistes et les chirurgiens plasticiens. Cette thèse est divisée en trois chapitres. Le premier chapitre décrit les différentes options chirurgicales actuelles et propose de nouvelles technologies telles que l’impression 3D dans la régénération de grands défauts osseux. La technique de référence en matière de reconstruction osseuse est la greffe autologue à lambeau libre qui contient les cellules du patient, ses facteurs de croissance et un apport vasculaire mais induit une morbidité importante au site de prélèvement. Le deuxième chapitre évalue une approche expérimentale consistant à produire in situ un greffon osseux synthétique pré-vascularisé et à le greffer dans un second temps dans un défaut osseux de taille critique chez le lapin. Cette étude animale démontre l’intérêt de la vascularisation dans la régénération osseuse mais nécessite deux chirurgies. Le troisième chapitre vise à étudier la faisabilité de régénérer de grands défauts osseux en une seule étape chirurgicale en utilisant des biomatériaux en phosphate de calcium personnalisés et imprimés en 3D, avec ou sans vascularisation. Cette dernière étude démontre la faisabilité de la planification pré-chirurgicale et de la reconstruction de grands défauts osseux avec des biomatériaux anatomiques et l’apport d'une vascularisation axiale dans la régénération osseuse. En conclusion, ce travail permet de proposer une nouvelle approche en médecine régénérative, personnalisée et vascularisée, pour la reconstruction de grands défauts osseux.


  • Résumé

    Large bone defect reconstruction constitutes a challenge for orthopedists and plastic surgeons. This thesis is divided into three chapters. The first chapter gives a review of the current surgical options and future technologies such as 3D printing for regeneration of large bone defects. The gold standard technique for bone reconstruction is autologous free flap transplantation that contains patient’s own cells, growth factors and a vascularization bed but induces morbidity. The second chapter evaluates an experimental approach consisting of the in situ production of a pre-vascularized synthetic bone graft and its subsequent transplantation to a critical-sized bone defect in rabbits. This animal study demonstrated the benefit of pre-vascularization of synthetic bone grafts for regenerating large bone defects but still required two surgeries. The third chapter aimed to investigate the feasibility of regenerating large bone defects in one surgical step by using 3D-printed customized calcium phosphate scaffolds with or without vascularization. This pre-clinical study demonstrated the benefits of pre-surgical planning for reconstruction of large bone defects with 3Dprinted personalized scaffolds and axial vascularization. In conclusion, this works enables to propose a new approach in regenerative medicine with customized and vascularized for large bone defect reconstruction.


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