Electromechanical and Polarization Microscopy Evaluation of Cartilage Repair and Degeneration

L'arthrose est une condition physique prévalente pour laquelle aucun traitement permettant de modifier la maladie n'est disponible présentement. La recherche actuelle évalue des modèles pré-cliniques pour le développement et la vérification des approches thérapeutiques, ou de réparation, potentielles. Par la suite, des essais cliniques sont effectués sur des sujets humains sous conditions contrôlées pour évaluer l'efficacité des approches les plus prometteuses. Ces études représentent un effort considérable où le choix de méthodes sensibles et pertinentes pour l'évaluation du cartilage articulaire est très important pour leur succès. Les études pré-cliniques sur l'arthrose impliquent l'utilisation de modèles de blessures d'impact, où une blessure mécanique initiale est créée sur la surface du cartilage, laquelle peut initier les voies de dégradation qui culminent éventuellement en arthrose. L'étude des premiers événements de cette trajectoire est importante car les phases immédiates et aiguës après la blessure sont caractérisées par une augmentation de la réponse cellulaire et des activités de dégradation, ce qui représente une période très propice où les interventions thérapeutiques pour atténuer la progression de la maladie peuvent être les plus efficaces. Dans de telles études, une méthode d'évaluation suffisamment sensible doit être utilisée pour détecter les changements se produisant dans la matrice extracellulaire du cartilage. Dans les études cliniques, une évaluation directe de la qualité du tissu cartilagineux en réparation est réalisée histologiquement à l'aide de petites biopsies obtenues au cours d'une arthroscopie de réévaluation. Les systèmes actuels de notation des coupes histologiques évaluent un nombre de caractéristiques qui contribuent à la durabilité à long terme des tissus cartilagineux en réparation, mais omettent une catégorie spécifique qui permet l'évaluation structurée de l'organisation du collagène. Le réseau de fibrilles de collagène joue un rôle critique sur la capacité de chargement du cartilage et est donc possiblement indicateur de la durabilité de la réparation du cartilage à long terme. Concevoir un système de notation où différents niveaux

Abstract

Osteoarthritis (OA) is a prevalent health condition for which no disease modifying strategies are presently available. Current research incorporates pre-clinical models for the development and testing of potential therapeutic or repair approaches, and subsequently, clinical trials are undertaken, where the most promising strategies are assessed in humans under controlled conditions. These are substantial endeavours requiring sensitive and appropriate evaluation methods for cartilage assessment to ensure their success. Pre-clinical studies of OA include the use of impact injury models, where an initial mechanical insult to the cartilage surfaces can initiate degradative pathways that eventually culminate in OA. Studying early time points in this trajectory are desirable because the immediate and acute phases after injury are characterized by elevated cellular response and degradative activity, representing a window of opportunity where therapeutic intervention to mitigate disease progression may be the most effective. In such studies a sensitive method of cartilage assessment is required to monitor the changes expected to occur in the cartilage extracellular matrix. In clinical trials, direct assessment of cartilage repair tissue quality is performed histologically using small biopsies obtained during a second-look arthroscopy. Current histological scoring systems evaluate a number of characteristics believed to contribute to the long term durability of repair tissues but lack a specific category where a structured evaluation of collagen organization is made. Collagen architecture plays a critical role in cartilage load bearing properties and is therefore likely indicative of the long term durability of cartilage repair tissues. Designing a score where different levels of collagen organization could be assessed using a method sensitive to collagen orientation is required to enhance the analysis of repair tissue quality.