Stress Relaxation of Growth Plate Tissue under Uniform Compressive Load : Relationship Between Mechanical Response and Extracellular Matrix Bio-Composition and Structure

La modulation mécanique de la croissance osseuse a des implications dans la progression des déformations musculo-squelettiques telles que la scoliose idiopathique adolescente. Ce processus présente aussi un intérêt croissant pour le développement et l'amélioration des approches minimalement invasives de correction de ces déformations musculo-squelettiques en modulant localement la croissance osseuse, tout en préservant la croissance normale ainsi que les fonctions et mobilités segmentaires. La croissance longitudinale des os longs et des vertèbres s'effectue au droit des plaques de croissance, qui sont divisées en trois zones histologiques distinctes (réserve, proliférative et hypertrophique). La matrice extracellulaire de la plaque de croissance est principalement composée d'eau et de protéoglycanes imbriquées dans des fibrilles de collagène de type II, qui sont considérées comme des composants déterminants des propriétés biomécaniques des tissus cartilagineux. Des études antérieures ont étudié le comportement biomécanique des plaques de croissance, mais aucune étude n'a à ce jour analysé le comportement mécanique en compression de la plaque de croissance et de ses zones in situ à l'égard de sa composition biochimique et de l'organisation de ses fibres de collagène. L'objectif principal de cette étude était de déterminer les caractéristiques histomorphologiques et le comportement mécanique des plaques de croissance aux niveaux cellulaire et tissulaire, d'évaluer la composition biochimique et l'orientation des fibres de collagène de la plaque de croissance dans ses trois zones distinctes, puis d'établir des associations entre le comportement mécanique et la composition biochimique de la plaque de croissance. Cinq groupes d'explants de plaques de croissance provenant de porcs âgés de quatre semaines ont été utilisés dans ce projet. Le premier groupe d'explants (N=12) a été utilisé pour caractériser l'histomorphologie 3D de la plaque de croissance in situ aux niveaux cellulaire (volume, aire surfacique, sphéricité, et rayons mineur/majeur) et tissulaire (ratio cellule/matrice extracellulaire), en utilisant un marquage fluorescent du cytoplasme cellulaire (Calcéine AM) couplé à la reconstruction 3D des coupes sériées d'images numériques confocales (logiciel IMARIS). Afin de caractériser le comportement mécanique sous compression de la plaque de croissance et de ses cellules constitutives en 3D, un second groupe d'explants de cartilage de croissance (N=6), dont les cytoplasmes cellulaires ont été marqués à la Calcéine AM, a été testé sous compression