Rôle des ostéocytes dans la réparation osseuse, modèles in vivo et in vitro

Osteocyte role in bone repair, using in vivo and in vitro models

• Auteur / Autrice : Léa Gellee
• Direction : Delphine Maurel
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie Cellulaire et Physiopathologie
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Bioingénierie tissulaire
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Interfaces tissu hôte / produits d'ingénierie tissulaire

Mots clés

Mots clés libres

Microdissection laser

Réparation

Co culture

Souris

Os

Calvaria

Laser microdissection

Bone

Co culture

Calvaria

Mice

Repair

Résumé

La réparation osseuse est en général un processus bien construit par la nature qui permet de réparer une fracture parfaitement. Cependant ce processus peut être altéré par une pathologie ou par un traumatisme entrainant un défaut appelé critique, et dans ce cas des solutions amenées par la recherche sont nécessaires. Des biomatériaux peuvent combler le défaut et aider la réparation, mais pour que ceux-ci soient efficaces, il est important de d'abord comprendre la physiologie, et les intéractions mécaniques et cellulaires intervenant dans la réparation osseuse. La communication moléculaire entre les cellules osteoprogenitrices, les cellules endotheliales et les cellules immunitaires liées à l'inflammation pendant la réparation osseuse sont déjà étudiées. Notre hypothèse est que les ostéocytes, résidant dans la matrice osseuse minéralisée, contribuent au processus de réparation osseuse de manière significative. Les ostéocytes représentent la majorité des cellules osseuses (90-95%) et forment un vaste réseau connecté, et qui permet de détecter les charges mécaniques appliquées au squelette, grâce à leurs longues dendrites. Les rôles fonctionnels des ostéocytes ont été compliqués à étudier à cause de l'emplacement des cellules dans la matrice minéralisée, et c'est uniquement récemment qu'il a été découvert que les ostéocytes ont une fonction endocrine importante. En effet, elles orchestrent le remodelage osseux au niveau local, en contrôlant la formation par les ostéoblastes et la résorption de la matrice par les ostéoclastes. De plus, la mort des ostéocytes et la dégradation du réseau dendritique ont été observés dans des pathologies comme l'ostéoporose, où le risque de fracture est augmenté, la densité osseuse diminuée et le remodelage osseux déséquilibré. Comme le réseau osteocytaire est modifié en présence de fracture osseuse, et que le remodelage est une partie de la réparation osseuse, un rôle des ostéocytes dans ce processus apparaît très probable. Cependant, les fonctions de l'ostéocytes sont complexes et pas toutes encore connues. Le but de notre projet est d'étudier le rôle des ostéocytes dans le processus de réparation osseuse, en utilisant un modèle murin de défaut de calvaria. Nos trois objectifs sont de: i) caractériser le rôle d'un réseau osteocytaire viable dans la réparation de défauts chez des femelles et des mâles WT, ii) de déterminer la communication des ostéocytes et du réseau vasculaire dans la réparation osseuse en utilisant des animaux transgéniques ayant des vaisseaux fluorescents, et iii) de comprendre en quoi l'altération du réseau ostéocytaire affecte la réparation osseuse, en utilisant des souris âgées et des souris transgeniques ayant une mechanotransduction déficiente.

Bone regeneration is one of nature's perfectly adapted processes to allow for a scar-free healing of a fractured bone. Yet, when this mechanism is pathologically impaired e.g. with a critical defect, or due to underlying diseases, research solutions are required. Scaffolds bridging the defect and aiding the healing process are a promising avenue, and while new biomaterials will be useful for clinical applications in the future, it is of paramount importance to firstly understand the detailed mechanistic cellular interplay with bone regeneration. Already, the biochemical communication of osteoprogenitor cells, endothelial and immune cells during bone regeneration are subject to ongoing studies. We hypothesize that osteocytes, as inhabitants of the mineralized bone matrix, contribute to healing and possess a functional significance in bone regeneration. Osteocytes represent the vast majority of bone cells (90-95%) and form a connective, mechanosensory cellular network with their long cytoplasmic processes called dendrites. Historically the functional analysis of osteocytes was challenging because they are encased in the mineralized bone matrix, and only recently osteocytes were described as secretory cells of endocrine importance. With their potential high expression of second messengers, osteocytes are orchestrating the local bone remodeling, controlling new bone formation by osteoblasts and the resorption of matrix by osteoclasts. On the other hand, the death of osteocytes and the impaired dendritic network are seen with several bone pathologies i.e. osteoporosis, a disease in which the fracture risk is increased due to lower bone density and a lack of a physiological balance of bone remodeling. With the disruption of the osteocyte network due to a fractured bone, and bone regeneration involving an intricate regulation of matrix turnover, a regulatory role of osteocytes seems likely. However, their role in the complex process of bone repair is not well known. Our project aims to investigate the role of osteocytes in the healing process of bone, utilizing a murine calvarial defect model. Our three objectives are: i) to characterize the role of a viable osteocyte-network in the healing of calvarial bone defects in female and male WT mice, ii) to determine the role of osteocyte network-vessel communication during calvarial bone healing using a transgenic mouse model with green-fluorescent newly formed vessels, and iii) to dissect the effect of impaired osteocyte networks on the healing of calvarial bone defects, using an aged mouse model and transgenic mice with deficient mechanosensation.