Une «boîte à outils» pour la régénération osseuse
L'ingénierie du tissu osseux s'appuie sur l'utilisation de treillis en 3D avec des facteurs de croissance appropriés et les cellules souches pour construire de la matière osseuse en laboratoire. La matrice polymérique offre le support requis pour la croissance et la différenciation des cellules souches dans l'os. L'utilisation des polymères biodégradables permet à l'os artificiel d'être complètement incorporé sur le site de la lésion osseuse du patient. L'objectif des partenaires du projet VASCUBONE (Construction kit for tailor-made vascularized bone implants) était d'optimiser les méthodes et les composants nécessaires pour cette ingénierie osseuse. Le consortium a élaboré une combinaison de biomatériaux avancés, de cellules souches adultes et d'imagerie en vue d'optimiser la régénération osseuse basée sur les besoins des patients. Les chercheurs ont d'abord testé la biocompatibilité ainsi que les propriétés ostéoconductives et ostéoinductives d'un certain nombre de biomatériaux. Une attention particulière a été placée sur l'amélioration de leur hydrophilicité et la zone de surface active des matériaux utilisés. À cette fin, les chercheurs ont exploité des nanoparticules de diamant afin de renforcer la zone de contact avec les entités biologiques. Cette matrice extracellulaire imite, une fois associée avec certains facteurs de croissance de liaison, peut simuler les conditions osseuses et optimiser la différenciation des cellules souches mésenchymales (CSM) en cellules osseuses. Les partenaires du projet ont également étudié le contrôle et le suivi de la mise en culture de cellules de matrices, et l'analyse des processus de différentiation et des interactions cellules-matrices. Un flux oscillatoire défini s'est révélé être le moyen le plus efficace pour incorporer des cellules dans le système de matrice poreuse. Les systèmes VASCUBONE ont été testés dans des modèles animaux présentant des déficits osseux et la formation de nouveaux os a été évaluée par l'histologie et la radiographie. Les matrices polymériques inoculées avec une protéine morphogénétique osseuse 2 (BMP-2) ont démontré le taux de formation osseuse le plus élevé. L'optimisation de l'imagerie par résonance magnétique a permis d'améliorer l'imagerie et donc l'évaluation des nouveaux implants osseux. Les chercheurs ont testé ces nouveaux matériaux et montré qu'ils étaient biocompatibles et non cytotoxiques, une étude de toxicité des nanoparticules de diamant par voie intraveineuse a également démontré leur innocuité. Le projet a également développé de nouveaux outils permettant de contrôler et d'assurer la sécurité, l'acceptation immunologique et l'efficacité de ces nouveaux implants. Les chercheurs ont par ailleurs conçu un nouveau protocole pour étudier in vivo la carcinogénèse environnementale induite et contrôler les matériaux/matrices implantés par bioluminescence. Ce protocole a été développé afin de surmonter les limitations inhérentes des essais de long terme sur les rongeurs. Finalement, tous ces nouveaux modèles ont été validés par des études de corrélation in vitro-in vivo. Les nouveaux biomatériaux de la boîte à outils VASCUBONE contribueront à la diminution significative du taux d'invalidité des patients et bénéficieront ainsi non seulement aux malades mais aussi aux services de santé.
Mots‑clés
Implants osseux, matrice polymère, cellules souches, VASCUBONE, biomatériaux
