Étude de l'implant chitosane glycérol-phosphate/sang avec/sans facteurs de coagulation sur la réparation du cartilage articulaire et de l'os sous-chondral

Actuellement, dans le domaine de la chirurgie orthopédique, un des plus grands défis est la régénération du cartilage dans les lésions articulaires focalisées. Les procédures de stimulation de la moelle osseuse telles la technique de microfracture utilisant des pics ou une microperceuse pour perforer l'os sous-chondral sont utilisées afin d'induire la formation d'un caillot sanguin à la surface du cartilage. Toutefois, le cartilage obtenu est plutôt de type fibreux ou fibrocartilagineux. Afin de stabiliser le caillot sanguin et de guider les processus de réparation, notre laboratoire a développé un implant novateur biohybride composé d'un mélange de sang autologue et d'un biomatériau le chitosane, qui est obtenu à partir de la déacétylation partielle de la chitine, un polymère naturel extrait de la carapace des crustacés. Le chitosane, en plus d'être biocompatible et biodégradable, est depuis longtemps connu pour ses propriétés hémostatiques et ses propriétés favorisant la guérison tissulaire. Le mélange homogène de sang autologue et des solutions de chitosane-glycérol phosphate (chitosane-GP) se solidifient normalement et forment un caillot où la morphologie des érythrocytes est normale ainsi que la structure du réseau des fibres de fibrine qui est entremêlée avec le chitosane. Les caillots hybrides de chitosane résistent mieux à la rétraction naturelle induite par les plaquettes et demeurent ainsi plus volumineux, fermes et élastiques. Cliniquement, il a été observé que l'implant chitosane nécessite 15 minutes pour se solidifier suite à sa déposition à la surface de la lésion chez l'humain. L'accélération de la solidification de l'implant chitosane-GP/sang pourrait faciliter le traitement de grandes lésions ou de lésions problématiques comportant des surfaces courbées et où la lésion n'est pas parfaitement entourée par une bordure et pourrait aussi diminuer le temps de chirurgie. Face à cette situation où une solidification in situ plus rapide et mieux contrôlée serait préférable, ceci nous a menés à étudier la possibilité d'accélérer la solidification de l'implant via l'utilisation de facteurs de coagulation incluant la thrombine (IIa), le facteur tissulaire (TF) et le facteur humain recombinant VIIa (rhFVIIa). Le choix de ces facteurs a été inspiré par le fait qu'ils sont déjà utilisés dans d'autres contextes cliniques et sont reconnus pour leurs effets positifs sur la guérison. Cependant, les mécanismes de solidification avec et sans facteurs de coagulation sont inconnus de même que l'effet à long terme de la présence de ces facteurs de coagulation sur la réparation du cartilage et de l'os sous-chondral.

Abstract

A current aim and major challenge in orthopedic practice is to regenerate durable cartilage in focal articular lesions. Marrow stimulation procedures, such as drilling and microfracture, induce bleeding from the subchondral bone and elicit fibrous or fibrocartilaginous tissue with suboptimal biomechanical properties and durability. To stabilize the normally fragile blood clot in the cartilage lesion, our laboratory has developed a hybrid implant composed of chitosan, a cationic, adhesive and biocompatible polysaccharide. Homogenous mixtures of autologous whole blood and solutions of chitosan-glycerol phosphate (chitosan-GP) solidify normally and form clots with morphologically normal erythrocytes and structurally stable fibrous networks with chitosan and fibrin fibers. Hybrid chitosan clots resist platelet-mediated clot retraction, and remain voluminous, firm and elastic. Clinically, the hybrid chitosan clot implant solidifies within 10-15 minutes after deposition into microfracture lesions in large animals (sheep) or humans. A more rapid implant solidification could facilitate treatment of larger or more problematic lesions with curved surfaces and unconfined borders, and could also reduce the length of the surgical procedure. Indeed, for clinician ease-of-use, a faster and controlled in situ solidification is preferred prompting us to investigate whether in vivo solidification of chitosan-GP/blood can be accelerated using clotting factors including thrombin (IIa), tissue factor (TF) and recombinant human factor VIIa (rhFVIIa). The choice of these particular factors was based on their current use in other clinical contexts and their known ability to promote repair processes, which could translate their use into cartilage repair therapies involving polymer-blood implants. However chitosan-GP/blood implant solidification mechanisms with or without clotting factors were not known, nor were the long-term effect of these clotting factors on the repair outcome of cartilage and bone tissues.