Etude des effets des Bone Morphogenic Proteins sur la phase de consolidation osseuse dans un modèle d'ostéogénèse en distraction

Effects of Bone Morphogenic Proteins on the consolidation phase in a distraction osteogenesis model

• Auteur / Autrice : Frédéric Sailhan
• Direction : Frédéric Lioté
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie de l'os, des articulations et biomatériaux des tissus calcifiés
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cal osseux

Régénération osseuse

Ostéogenèse par distraction

Protéines morphogénétiques osseuses

Résumé

L'ostéogénèse en distraction est une technique chirurgicale permettant de corriger les inégalités de longueur des membres ou traiter les pertes de substance osseuses et les pseudarthroses des os longs en chirurgie orthopédique. Ce procédé permet d'induire la régénération du tissu osseux entre deux segments éloignés progressivement l'un de l'autre par la distraction d'un os long. Ce procédé repose sur les capacités inhérentes au tissu osseux à se régénérer. Le cal de distraction constitué entre les berges osseuses sera progressivement minéralisé et remplacé par un tissu osseux lamellaire au cours de la phase de consolidation. Il acquerra les caractéristiques architecturales d'un os diaphysaire normal. Cette technique est associée à un nombre potentiellement important de complications liées d'une part à la durée prolongée du port du dispositif d'allongement et d'autre part aux difficultés parfois rencontrées pour obtenir la consolidation du segment allongé. Certains facteurs de croissance ont des capacités ostéoinductrices : ils sont capables d'induire la formation de tissu osseux en présence de cellules ostéoformatrices dans un environnement tissulaire favorable. Ces facteurs de croissance ostéoinducteurs, les BMP (Bone Morphogenic Proteins), sont l'objet de nombreux travaux de recherche expérimentale et clinique depuis plusieurs dizaines d'années compte tenu de l'espoir thérapeutique qu'elles représentent dans les situations de difficultés de consolidation rencontrées en chirurgie orthopédique. Ce travail de thèse a été consacré à l'étude de l'effet des BMP recombinantes (rh-BMP) sur un modèle animal d'ostéogénèse en distraction. La consolidation du régénérât a été évaluée sur des critères radiographiques, échographiques, absorptiométriques et histologiques. La rh-BMP-7 n'a pas permis (à la dose de SO^g/kg) d'accélérer la minéralisation du régénérât osseux. A contrario, la rh-BMP-2 (aux doses de 100 et 250|ig/kg) a eu un effet stimulant sur la minéralisation du cal. Un effet-dose a également pu être mis en évidence sur les critères radiographiques et absorptiométriques avec la rh-BMP-2. Le support de type éponge collagénique nous semble bien adapté à l'utilisation des facteurs ostéoinducteurs dans un modèle d'allongement osseux. Ce travail pré-clinique est une première étape ouvrant la voie à l'utilisation des BMP pour accélérer la consolidation osseuse après un allongement et réduire la morbidité de cette technique chirurgicale.

Distraction osteogenesis is a surgical technique widely used in pediatric and adult orthopedic surgery for the treatment of various pathological conditions such as leg length discrepancy, bone deformity or large bone defects secondary to trauma, infection or bone resection for malignant bone tumors. Distraction osteogenesis is a bone-regenerative process in which gradual distraction yields two vascularised bone surfaces, from which new bone is formed. The new bone tissue will have architectural and mechanical characteristics of normal bone after remodelling has occurred. In clinical practice distraction osteogenesis is associated with a high rate of complications such as pseudarthrosis, delayed consolidation, infection and fractures. These events are correlated to the long period necessary to obtain efficient mineralization of the distracted callus. In clinical practice there is a burning need for enhancing the consolidation phase. Growth factors of the Bone Morphogenic Proteins (BMP) family have been shown to have osteoinductive capacities: they are able to induce bone formation in ectopic sites. Numerous experimental and clinical studies have been conducted in the past decades to define efficient therapeutic conditions for the use of recombinant BMPs in orthopedic disorders. This work was aimed at studying the effects of recombinant BMP on the consolidation phase in a long bone distraction osteogenesis model. Callus mineralization was monitored using radiographic, sonographic, densitometric and histologic analysis. Rh-BMP-7 (dose of 30jug/kg) was not able to accelerate mineralization of the regenerate as cysts developed within the calluses. Rh-BMP-2 (doses of 100 and 250^ig/kg) was efficient in stimulating bone mineralization of the regenerate. A dose effect was also identified on radiographic and densitometric parameters with the rh-BMP-2. Collagenic sponge carrier was identified as well adapted to clinical use in a distracted callus. This experimental work is a first step to the use of recombinant BMPs in clinical practice in the field of leg length discrepancy and bone loss surgical management. BMPs may help accelerating the consolidation phase thus reducing the morbidity associated with distraction osteogenesis procedures.