In Vivo Experimental Platform Evaluating Synchronously 3D Bone Growth, (Re)Modeling, Microdamage and Mechanical Properties

L'ostéoporose est un trouble métabolique majeur qui affecte des millions de personnes à travers le monde. La population féminine âgée est particulièrement sujette à une qualité osseuse compromise en raison de la ménopause. Les bisphosphonates, l'un des traitements courants de l'ostéoporose et de l’ostéopénie, peuvent augmenter la densité minérale osseuse en inhibant la résorption osseuse. Cependant, l'inhibition de la résorption pourrait réduire l'efficacité des réparations de microdommages, conduisant à une intégrité squelettique entravée. Pour surmonter cette limite thérapeutique, il est essentiel de mieux comprendre l'interaction entre les mécanismes clés reliés à l'accumulation et la réparation des microdommages osseux. Des modèles animaux de chargement des membres antérieurs ont été développés pour étudier les microdommages dans l'os cortical. Des modèles de rongeurs ovariectomisés ont également été largement utilisés pour représenter la perte osseuse post-ménopausique. La combinaison de ces deux modèles précliniques avec une évaluation simultanée des microdommages osseux, du remodelage et des propriétés mécaniques fournirait des connaissances fondamentales pour l'optimisation des traitements de l'ostéoporose et de l’ostéopénie. Le pic de masse osseuse atteint au début de l'âge adulte influence la qualité osseuse plus tard dans la vie. Un développement osseux optimisé pendant l'enfance et la puberté contribue à l'amélioration du pic de masse osseuse. Les exercices physiques sont l'un des facteurs critiques pouvant affecter la croissance des os : des entraînements modérés peuvent améliorer le développement osseux, tandis que des exercices excessifs peuvent altérer le processus de croissance. Des modèles animaux précliniques ont été utilisés dans la littérature pour mieux comprendre les effets de différents niveaux d'exercice sur la croissance osseuse. Cependant, la méthode conventionnelle pour l'évaluation de la croissance osseuse est basée sur l'histologie et nécessite donc des sacrifices d'animaux, ce qui rend impossible le suivi du taux de croissance osseuse d’un animal donné dans le temps. En comparaison, l'imagerie micro-CT in vivo permet une évaluation non destructive de la microstructure osseuse de manière tridimensionnelle (3D). Cette approche offre un grand potentiel pour la mesure de la croissance osseuse in vivo en appliquant les algorithmes de recalage sur les images acquises à différents moments. En combinant ces informations, l'objectif général de la présente thèse était de développer une plate-forme expérimentale qui permet la quantification simultanée de la croissance osseuse, du (re)modelage, des microdommages et des propriétés mécaniques chez les rats de laboratoire soumis à un chargement mécanique in vivo engendrant du microdommage. Quatre objectifs spécifiques ont été établis afin de progresser étape par étape vers cet objectif général. Tout d'abord, une méthode in vivo basée sur le micro-CT a été développée pour la quantification de la croissance osseuse longitudinale, puis validée par rapport à la méthode conventionnelle basée sur l'histologie. Deuxièmement, une méthode in vivo basée sur le micro-CT pour l'évaluation du (re)modelage osseux a été adaptée et appliquée dans une étude rétrospective d'analyse de données. En outre, plusieurs expériences préliminaires ont été réalisées pour créer et quantifier les microdommages de type « sous-fracture » de manière consistante dans les membres antérieurs du rat. Pour finir, un modèle préclinique de microdommages a été réalisé et analysé en combinant les méthodologies développées et adaptées dans les objectifs spécifiques précédents.