Lorsque la fracture est étendue ou que la perte osseuse est importante, les capacités naturelles de réparation de l’organisme ne suffisent souvent pas. Un biomatériau a été mis au point pour attirer des cellules souches vers ces zones lésées et favoriser la formation d’un nouvel os.
Au cœur de ces travaux, l’« acide lactique ». Généralement associé à la fatigue musculaire après l’effort, il peut aussi transmettre des signaux au cours du processus par lequel des cellules souches se transforment en cellules osseuses, ont confirmé les chercheurs.
L’hôpital Bundang CHA de l’Université CHA de médecine et des sciences a annoncé, le 31, que l’équipe du professeur Lee Soon-chul (orthopédie), du professeur-chercheur Kim Jeong-in et de la doctorante de l’Université CHA de médecine et des sciences Siphesihle Cassandra Nonjola avait développé un scaffold de régénération osseuse capable à la fois d’orienter des cellules souches vers la zone lésée et de soutenir la formation osseuse.
Les résultats ont été publiés en ligne en avant-première le 24 juin dans la revue internationale《Carbohydrate Polymers》 et paraîtront dans le volume 388, daté du 15 septembre.
Au-delà du simple « support » de l’os, un dispositif qui recrute aussi des cellules souches
Un scaffold (échafaudage) est une sorte de « support » qui soutient la repousse d’un tissu endommagé. En régénération osseuse, il offre un espace où les cellules peuvent adhérer, proliférer et former un nouvel os.
Mais lorsque la perte osseuse est importante, une simple structure ne suffit pas. Il faut aussi que des cellules souches capables de fabriquer de l’os convergent vers la zone lésée, ainsi que des signaux permettant à ces cellules de se transformer effectivement en cellules osseuses.
L’équipe a réuni ces deux fonctions dans un seul scaffold.
Après avoir fabriqué des fibres à partir de PCL, un polymère biocompatible, et d’un matériau à base de cellulose, les chercheurs ont procédé à un traitement chimique afin de former du lactate de calcium à la surface. Cela permet la libération de calcium et d’acide lactique, nécessaires à la formation osseuse.
Ils y ont en outre fixé la protéine « SDF-1 », qui attire les cellules souches vers la zone lésée. Le SDF-1 est une molécule de signalisation qui aide les cellules souches mésenchymateuses de la moelle osseuse à migrer vers les tissus endommagés.
Lors des expériences, le SDF-1 a été libéré en quantité relativement importante au début, puis de manière continue jusqu’à 28 jours. L’acide lactique a été fourni progressivement, tandis que le calcium a été libéré en moins de 7 jours. Autrement dit, le dispositif est conçu pour recruter d’abord les cellules souches vers la zone lésée, puis pour soutenir sur place le processus de formation d’un nouvel os.
Après traitement à l’acide lactique, hausse des signaux liés à la différenciation en cellules osseuses
L’équipe a également examiné les changements induits par l’acide lactique à l’intérieur des cellules souches.
Après exposition de cellules souches mésenchymateuses de moelle osseuse humaine à l’acide lactique, l’expression d’un récepteur appelé « OR5AN1 » a augmenté. Les signaux calciques entrant dans la cellule, ainsi que des marqueurs associés à la différenciation en cellules osseuses, ont eux aussi progressé.
OR5AN1 appartient à la famille des récepteurs olfactifs. Ces récepteurs sont surtout connus pour détecter les odeurs dans le nez, mais certains existent aussi dans d’autres tissus et jouent un rôle de transmission de signaux aux cellules.
Ce n’est pas la première fois que des travaux suggèrent que l’acide lactique peut aider la régénération osseuse. Des études animales antérieures avaient déjà avancé la possibilité que l’acide lactique, via des récepteurs olfactifs, favorise la différenciation ostéogénique des cellules souches et la formation osseuse.
Cette fois, les chercheurs ont confirmé que, dans des cellules souches de moelle osseuse humaine traitées à l’acide lactique, l’expression d’OR5AN1, les signaux calciques et les indicateurs liés à la différenciation ostéogénique augmentaient de concert. Ils ont ensuite appliqué ce principe à un scaffold de régénération osseuse combinant une protéine d’attraction des cellules souches et du lactate de calcium.
Application à un défaut du fémur chez la souris… davantage de nouvel os formé
Après les essais cellulaires, l’équipe a également testé le nouveau scaffold sur un modèle animal, en endommageant une partie du fémur chez la souris.
Dans le groupe ayant reçu un scaffold associant lactate de calcium et SDF-1, davantage de nouvel os s’est formé que dans le groupe témoin. Les examens histologiques et l’immunocoloration ont également montré une formation de matrice osseuse et une maturation tissulaire plus actives.
Il ne s’agit toutefois pas encore d’un traitement applicable aux patients. Cette étude en est au stade de la démonstration de l’efficacité et du mécanisme d’action, à partir d’expériences cellulaires utilisant des cellules souches humaines et d’un modèle de défaut fémoral chez la souris. Pour une utilisation en régénération osseuse après une fracture réelle, un défaut osseux important ou une chirurgie de prothèse articulaire, des recherches supplémentaires sont nécessaires afin de confirmer la sécurité et l’efficacité chez l’être humain.
« Il est significatif d’avoir mis en œuvre un biomatériau qui ne se contente pas de soutenir l’os, mais qui rassemble des cellules souches sur la zone lésée et les induit à fabriquer elles-mêmes de l’os », a déclaré le professeur Lee Soon-chul, du service d’orthopédie de l’hôpital Bundang CHA. « Nous espérons qu’il pourra, à l’avenir, être utilisé dans divers traitements orthopédiques, notamment pour les fractures, les défauts osseux et la régénération osseuse après une chirurgie de prothèse articulaire », a-t-il ajouté.
Cette étude a également été présentée dans la rubrique « People Who Brightened Korea (Hanbitsa) » du Biological Research Information Center (BRIC).
