Effect of Dynamic Loading Parameters on the Biomechanics and Biology of in Vitro Modulated Growth Plate Explants

La croissance longitudinale des os est gouvernée par l'ossification endochondrale, un processus pouvant être affecté par les chargements mécaniques. La régulation de la croissance osseuse par l'environnement mécanique réfère à la modulation mécanique de la croissance. Ce processus est considéré comme un facteur clé de la progression des déformations angulaires pendant le développement, comme la scoliose juvénile et adolescente. Récemment, le concept de modulation mécanique a été exploité pour le développement des traitements sans fusion de la scoliose en modulant localement la croissance vertébrale. La croissance longitudinale des os s'opère au droit des plaques de croissance situées aux extrémités des os longs et des vertèbres. Elle résulte d'une séquence spatio-temporelle contrôlée des chondrocytes à travers les trois zones (réserve, proliférative, hypertrophique) de la plaque de croissance. Le processus commence par la prolifération des chondrocytes à la limite de la zone de réserve, puis les chondrocytes se divisent et prolifèrent rapidement en formant des colonnes verticales. Après prolifération, les chondrocytes s'hypertrophient; leur volume est augmenté jusqu'à 7 fois. Enfin, le cartilage se calcifie et est envahi par les vaisseaux sanguins. La forme, la taille et l'organisation des chondrocytes ainsi que la composition de la matrice extracellulaire sont différentes dans les trois zones de la plaque de croissance. Dans cette étude, les effets des paramètres de chargement statiques et dynamiques sur les réponses biomécaniques et biologiques de la plaque de croissance ont été étudiés à trois niveaux. Tout d'abord, la viabilité des chondrocytes a été étudiée en réponse à différents paramètres. Cette étape a permis d'identifier l'ensemble des paramètres les moins dommageables pour la viabilité. D'autre part, les caractéristiques mécaniques des explants de la plaque de croissance ont été caractérisées en termes de patrons de déformation du tissu. Enfin, dans le but de trouver les relations entre les propriétés biomécaniques et les protéines structurales principales de la plaques de croissance, les contenus de protéines clés de la matrice extracellulaire ainsi que leur localisation ont été évalués. Dans ce projet, des explants de plaques de croissance porcines de quatre semaines ont été utilisés. Les explants ont été divisés en dix groupes expérimentaux: 1) référence, 2) contrôle, 3) trois groupes statiques et cinq groupes dynamiques. La modulation mécanique a été effectuée en utilisant un bioréacteur sous des conditions standard de culture.