Effets de l'ostéogénèse imparfaite sur les propriétés mécaniques et minérales de l'os cortical chez l'enfant

Effects of osteogenesis imperfecta on the mechanical, structural and mineral properties of cortical bone in children

• Auteur / Autrice : Laurianne Imbert
• Direction : Thierry Hoc, Stéphane Avril
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biomécanique
• Date : Soutenance le 16/12/2014
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-)
• Jury : Président / Présidente : Georges Boivin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Jurdic
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Patrick Chabrand, Hervé Petite

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biomécanique

Ostéogenèse imparfaite

Mots clés libres

Ostéogénèse imparfaite

Propriétés mécaniques

Propriétés minérales

Osteogenesis imperfecta

Mechanical properties

Mineral properties

Résumé

L’Ostéogénèse Imparfaite (OI) est une maladie génétique dont une des conséquences est la fragilité accrue du squelette, lui valant ainsi le nom de « maladie des os de verre ». Il existe plusieurs phénotypes reflétant différents niveaux de sévérité, néanmoins certaines caractéristiques, comme une petite taille et des déformations des os longs, sont fréquemment observées en cas d’OI. Aujourd’hui peu de traitements existent et aucun n’est curatif. Avant d’espérer pouvoir en mettre un au point, il faut d’abord comprendre et quantifier les mécanismes impliqués et ces travaux de thèse s’inscrivent dans cette logique. L’objectif de ce travail de thèse est de déterminer les effets de la pathologie sur le tissu osseux aux échelles macroscopique et tissulaire. L’intérêt majeur de ce travail est de faire une étude comparative entre un groupe d’échantillons provenant d’enfants souffrant d’OI et un groupe contrôle composé d’échantillons provenant d’enfants sains. Nous les avons comparés en termes de propriétés mécaniques, structurales et chimiques via l’utilisation de diverses techniques, à savoir la tomographie RX haute résolution, la nanoindentation, la spectroscopie Raman, la microscopie électronique à balayage, la corrélation d’images et des essais de compression. Afin d’étudier l’impact de cette maladie sur le remodelage osseux, nous avons également comparé l’activité ostéoclastique sur ces deux types de substrat par interférométrie. Ce travail de thèse avait aussi pour but d’appliquer la méthode des champs virtuels pour identifier les modules élastiques des zones interstitielle et ostéonale du tissu osseux. Nous avons obtenu des informations importantes sur le fonctionnement de la maladie, notamment nous avons observé que la qualité du tissu, l’activité de remodelage et la microstructure étaient altérées en cas d’OI. Cette dégradation des os explique donc qu’ils puissent se déformer et se casser plus facilement.

Osteogenesis Imperfecta (OI) is a genetic disorder, also known as the “brittle bone disease”, associated with an increased bone fragility. Several phenotypes exist, reflecting different severities but some features are frequently observed like a reduced stature and long bone deformities. A few treatments are currently used but none of them is curative. To improve those treatments there is a need for a better understanding of the mechanisms involved. Therefore, the objective of this work is to investigate the effects of OI on the bone tissue at macroscopic and tissue scales. The main interest of this project is to perform a comparative study between a group of OI bones retrieved from children with OI and a group of control bones retrieved from healthy children. The mechanical, mineral and structural properties of those two groups were compared using high resolution computed tomography, nanoindentation, spectroscopy Raman, scanning electron microscopy, digital image correlation and compression testing. The osteoclast activity on those two types of substrates was compared by interferometry. Finally, the virtual fields method was applied to identify elastic moduli of interstitial and osteonal zones in bone tissue. The tissue quality, the remodeling activity and the microstructure were altered in OI, those modifications can explain the increased fragility of OI bones.