Validation des propriétés biologiques et structurelles d’allogreffes de tissus de l’appareil locomoteur issues d’un nouveau procédé de traitement

Validation of the biological and structural properties of musculoskeletal allografts treated by a new processing method

• Auteur / Autrice : Guillaume Villatte
• Direction : Stéphane Descamps, Yohann Wittrant, Roger Erivan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Soutenance le 20/12/2022
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie de Clermont-Ferrand (Aubière, Puy-de-Dôme ; 2012-....)
• Jury : Président / Présidente : Christiane Forestier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Valérie Sautou
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolas Bonnevialle, Pierre-Sylvain Marcheix

Mots clés

Mots clés contrôlés

Allogreffes de tissus composites vascularisés

Mots clés libres

Allogreffe osseuse

Tests mécaniques

Histomorphométrie

Cultures cellulaires

Ostéoblastes

Adhérence bactérienne

CO2 supercritique

Bone allograft

Mechanical testing

Histomorphometry

Cell culture

Osteoblasts

Bacterial adhesion

Supercritical Carbon Dioxide

Résumé

L’utilisation des allogreffes en orthopédie est très fréquente. Les banques de tissus distribuent ces tissus le plus souvent sous forme congelée ou après traitement physico-chimique. Cette dernière modalité permet une facilité de conservation et de distribution des tissus. Un nouveau procédé de traitement basé sur l’utilisation du Dioxyde de Carbone supercritique (CO2sc) sans aucun ajout de substance chimique a été développé. L’objectif de ce travail était de comparer les propriétés mécaniques, structurelles et biologiques de l’os traité selon ce nouveau traitement versus de l’os conservé selon d’autres modalités reconnues. Les tests mécaniques ainsi que les analyses histomorphométriques (microscanner) et de surface (MEB) ont permis de constater que l’os nettoyé était globalement plus rigide du fait de la délipidation mais conservait une micro/nano structure proche de celle de l’os congelé.Les cultures d’ostéoblastes ont montré que l’os traité au CO2sc gardait des capacités d’ostéogénèse similaire au gold standard qu’est l’os congelé. Plus intéressant encore, il a été démontré l’impact négatif sur la biocompatibilité des résidus des substances chimiques présents sur les greffons traités par un procédé industriel.Le traitement au CO2sc ne modifie pas significativement les phénomènes d’adhérence et de formation du biofilm de 3 souches bactériennes (S. aureus et epidermidis, E. Coli) sur le tissu par rapport aux autres modes de conservation/traitement habituels. Le CO2sc, qui agit comme un « solvant vert », apparaît donc comme une solution fiable et d’avenir pour le traitement des allogreffes de l’appareil locomoteur. Des travaux similaires sont à envisager sur les allogreffes tendineuses pour valider plus largement ce traitement. De même, des recherches sur les paramètres d’utilisation du CO2sc, en jouant aussi sur ses capacités d’imprégnation sont sans doute une voie d’optimisation des allogreffes dans le futur.

The use of allografts in orthopedics is very common. Tissue banks usually provide these tissues in deep frozen form or after physico-chemical processing. The latter method enables easy preservation and distribution of tissues. A new treatment process based on the use of supercritical Carbon Dioxide (CO2sc) without any addition of chemical substance has been developed. The objective of this work was to compare the mechanical, structural and biological properties of bone treated with this new process versus bone preserved with other recognized modalities.Mechanical tests as well as histomorphometric (microscanner) and surface (SEM) analyses showed that the cleaned bone was globally stiffer due to delipidation but maintained a micro/nano structure close to that of frozen bone.The osteoblast cultures revealed that the bone treated with CO2sc kept osteogenesis capacities similar to the gold standard which is frozen bone. More interestingly, it was demonstrated the negative impact on biocompatibility of chemical residues present on grafts treated by an industrial process.The CO2sc treatment does not significantly modify the phenomena of adhesion and biofilm formation of 3 bacterial strains (S. aureus and epidermidis, E. Coli) on the tissue compared to the other usual conservation/treatment methods.The CO2sc, which acts as a "green solvent", thus appears to be a reliable and promising solution for the treatment of allografts of the musculoskeletal system. Similar studies are to be considered for tendon allografts in order to validate this treatment more widely. Similarly, research on the parameters of use of CO2sc, by also playing on its impregnation capacities, is undoubtedly a way to optimize allografts in the future.