L'Ingénierie tissulaire du cartilage : effet de l'âge du donneur et des contraintes mécanique et chimique du microenvironnement

Cartilage tissue engineering of cartilage : Effet of donor’s age and mechanical and chemical stress of the microenvironment

• Auteur / Autrice : Ophélie Pollet
• Direction : Thierry Hoc, Caroline Boulocher
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biomécanique
• Date : Soutenance le 19/09/2018
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École Centrale de Lyon (1857-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-) - Laboratoire de tribologie et de dynamique des systèmes
• Jury : Président / Présidente : David Mitton
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Hoc, Caroline Boulocher, Morad Bensidhoum
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patrick Chabrand, Walid Rachidi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génie tissulaire

Cartilage

Mots clés libres

Cartilage

Défaut ostéochondral

Âge

Tissu ingénierie

Liquide synovial

Contrainte mécanique

Cartilage

Osteochondral defect

Age

Tissue engineering

Synovial fluid

Mechanical stress

Résumé

Le cartilage est un tissu clé des articulations synoviales. Suite à un problème mécanique, traumatique ou inflammatoire, le cartilage est dégradé entrainant des douleurs articulaires et une perte de mobilité. Le cartilage étant un tissu non innervé et non vascularisé, son auto-réparation est très faible. De plus en plus de techniques sont développées pour la réparation des défauts cartilagineux mais aucune n’a encore permis d’obtenir un nouveau cartilage pleinement fonctionnel. En particulier, l’ingénierie tissulaire (IT) est une technique très prometteuse qui consiste à obtenir un greffon de cartilage dont les propriétés mécaniques et structurales soient satisfaisantes une fois implantée dans l’articulation. L’IT est basée sur l’association de cellules, d’un biomatériau et de facteurs de croissance. Le but de cette thèse est d’étudier l’effet de l’âge du donneur des cellules sur la synthèse du greffon par l’IT in vitro et sur la qualité du cartilage obtenu lors de l’implantation dans un modèle de rat NUDE. Puis dans une dernière partie, l’impact de l’environnement chimique et mécanique est étudié sur la qualité du greffon. Nos études montrent ainsi que l’âge du donneur aussi bien dans un contexte in vitro ou in vivo impacte la qualité du greffon et la réparation une fois implanté dans l’animal. En effet, les greffons issus des donneurs âgés ont des propriétés mécaniques légèrement plus élevées et une synthèse des protéines de la matrice extracellulaire (MEC) du cartilage significativement plus élevée que les greffons issus de donneurs jeunes. De plus, la réponse inflammatoire des greffons implantés dans un défaut cartilagineux chez le rat NUDE est plus faible pour les donneurs âgés. Enfin, nous montrons que le microenvironnement mécanique (compression ou pression hydrostatique) et chimique (liquide synovial (LS) ou TGF-β pur) joue un rôle important sur la réponse cellulaire. Par ailleurs, en fonction de l’âge, l’association de ces différents facteurs donnent des résultats différents. Par exemple, pour une sollicitation de type compression, c’est le LS qui est à favoriser pour obtenir les greffons de meilleure qualité dans le cas des donneurs âgés. Au contraire, pour la même sollicitation de type compression, c’est la présence de TGF-β1 qui conduit au greffon de meilleure qualité pour les donneurs jeunes. Ces études mettent en évidence l’importance de l’âge du donneur et montrent de plus qu’un protocole IT patient spécifique est la meilleure solution.

Cartilage is an important tissue of synovial joints. Following a mechanical problem, traumatic or inflammatory, the cartilage is degraded causing joint pain and loss of mobility. Because cartilage is a non-innervated and non-vascularized tissue, its self-repair is very weak. More and more techniques are being developed for the cartilage but none has resulted in a new fully functional cartilage. In particular, tissue engineering (TE) is a very promising technique that consists in obtaining a cartilage graft whose mechanical and structural properties are satisfactory once implanted in the joint. TE is based on the association of cells, biomaterial and growth factors. The aim of this thesis is to study the effect of cell donor’s age on graft synthesis by TE in vitro and on the quality of the cartilage obtained during implantation in a NUDE rat model. Then in a last part, the impact of the chemical and mechanical environment is studied on the quality of the graft. Our studies show that the age of the donor both in vitro and in vivo has an impact on graft quality and repair once implanted in the animal. In fact, grafts from older donors have slightly higher mechanical properties and significantly higher synthesis of extracellular matrix proteins (ECM) than grafts from younger donors. In addition, the inflammatory response of grafts implanted in a cartilage defect in the NUDE rat is lower for older donors. Finally, we show that the mechanical microenvironment (compression or hydrostatic pressure) and chemical microenvironment (synovial fluid (SF) or TGF-β) play an important role in the cellular response. Moreover, depending on age, the combination of these different factors gives different results. For example, for a compression solicitation, it is the SF that is to be favored to obtain better quality grafts in the case of elderly donors. On the contrary, for the same compression stress, it is the presence of TGF-β1 that leads to the best quality graft for young donors. These studies highlight the importance of donor age and further show that a specific patient protocol of TE is the best solution.