Le cartilage articulaire (de la physiopathologie à l ingénierie tissulaire )

Le cartilage, tissu non-innervé et avascularisé, présente néanmoins une organisation histologique bien définie. Les agressions biomécaniques et traumatiques désorganisent cette architecture et contribuent à la formation de défauts cartilagineux, qui en absence de traitement, aboutissent à l apparition irrémédiable d arthrose. Ce travail rassemble les connaissances sur le cartilage articulaire sain et pathologique. Il s intéresse également à la prise en charge pharmacologique et chirurgicale des pathologies articulaires. Les avancées technologiques sont décrites, dont les nouvelles voies pharmacologiques qui n ont plus pour seul objectif de traiter les douleurs. Parallèlement à ces avancées pharmacologiques, l ingénierie tissulaire représente aujourd hui un candidat très intéressant pour la prise en charge des pathologies articulaires. L ingénierie tissulaire du cartilage a pour objectif l obtention d un cartilage aux propriétés mécaniques les plus proches possibles du cartilage natif, ce qui n est pas le cas après traitement des lésions par les techniques de chirurgie conventionnelles. Les représentants de la triade matrice-cellules-morphogènes , base de l ingénierie tissulaire du cartilage, sont décrits dans ce travail, ainsi que les contraintes associées à ce type de technologie et sa place actuelle dans l arsenal thérapeutique de prise en charge des pathologies articulaires.NANTES-BU Médecine pharmacie (441092101) / SudocSudocFranceF

Développement de l'ingénierie tissulaire du disque intervertébral (de la physiopathologie aux modèles animaux)

Les douleurs lombaires touchent 80% de la population au moins une fois dans la vie et constituent un véritable problème de santé publique pour nos sociétés modernes industrialisées. Ces douleurs lombaires sont, dans la grande majorité des cas, la conséquence clinique d'une atteinte des articulations vertébrales marquée par une dégénérescence progressive des disques intervertébraux. La connaissance des mécanismes menant à cette dégénérescence discale sont aujourd hui de mieux en mieux connus et laisse envisager une prise en charge étiologique, et non plus uniquement symptomatique. Les premiers résultats concluants en ingénierie tissulaire du cartilage articulaire associés à l'existence de points communs entre le cartilage articulaire et le disque intervertébral laissent suggérer la possibilité de régénérer ce dernier, et en particulier le Nucleus pulposus (élément central du disque intervertébral), par ce même type d'approche. Le principe de cette approche est basé sur l'utilisation de cellules associées à un biomatériau. L'ensemble est injecté au sein d'un disque dégénéré afin de le restaurer. Un état des avancées actuelles dans ce domaine est réalisé et les différentes problématiques rencontrées au cours de la mise en œuvre de ce type de projet sont abordées. Il s'agit notamment du choix des cellules à injecter et des matrices associées, des conditions de culture adéquates, ainsi que du choix des méthodes d'évaluation et des modèles animaux.Low back pain affects 80% of the population at least once during life and constitutes a public health problem for our modern industrialized societies. Usually, they are the consequences of the intervertebral disc degeneration. Currently, the knowledges about mechanisms leading to this disc degeneration are well understood and allow to define new targets to treat the origin of the intervertebral disc degeneration. The first promising results in tissue engineering of articular cartilage associated with the existence of similarities between articular cartilage and intervertebral disc allow to considered the same approach to treat the intervertebral disc. The principle of this approach is based on the use of cells associated with a biomaterial and the substitute is injected into the degenerated disc. An update of current advances in this area is achieved and the various problems encountered during the development of such projects are discussed. These include the choice of cells and scaffolds injected, the choice of appropriate culture conditions, and the choice of evaluation methods and reliable animal models.NANTES-BU Médecine pharmacie (441092101) / SudocSudocFranceF

The lumbar intervertebral disc: From embryonic development to degeneration

International audienceLumbar intervertebral discs (IVDs) are prone to degeneration upon skeletal maturity. In fact, this process could explain approximately 40% of the cases of low back pain in humans. Despite the efficiency of pain-relieving treatments, the scientific community seeks to develop innovative therapeutic approaches that might limit the use of invasive surgical procedures (e.g., spine fusion and arthroplasty). As a prerequisite to the development of these strategies, we must improve our fundamental knowledge regarding IVD path-ophysiology. Recently, several studies have demonstrated that there is a singular phenotype associated with Nucleus pulposus (NP) cells, which is distinct from that of articular chondrocytes. In parallel, recent studies concerning the origin and development of NP cells, as well as their role in intervertebral tissue homeostasis, have yielded new insights into the complex mechanisms involved in disc degeneration. This review summarizes our current understanding of IVD physiology and the complex cell-mediated processes that contribute to IVD degeneration. Collectively, these recent advances could inspire the scientific community to explore new biotherapeutic strategies

Le disque intervertébral lombal : du développement embryonnaire à la dégénérescence

International audienceLumbar intervertebral discs (IVD) are highly prone to degenerate as early as the skeletal maturity is achieved. This degeneration could explain about 40% of the low back pain cases in humans. Despite the efficiency of pain-relieving treatments, the scientific community seeks to develop innovative therapeutic approaches to limit the use of invasive surgical procedures (spine fusion and arthroplasty). As a prerequisite to the development of these therapeutic strategies, we first have to improve our fundamental knowledge on IVD physiopathology. Recently, several studies have demonstrated that the phenotype of Nucleus pulposus (NP) cells was singular and quite distinct from that of articular chondrocytes. In parallel, recent studies dealing with NP cell development and origin as well as their role in intervertebral tissue homesotasis allowed to gain new insights into the complex mechanisms governing disc degeneration. This review summarizes the actual knowledge on IVD physiology and on the complex cell-mediated processes of IVD degeneration that has recently led the scientific community to explore new biotherapeutic strategies.Les disques intervertébraux (DIV) lombaires sont fortement sujets à une dégénérescence tissulaire dès l’âge de la maturité squelettique. Cette dégénérescence serait à l’origine de 40 % des cas de lombalgie chez l’homme. Malgré des traitements aujourd’hui efficaces contre la douleur, la communauté scientifique cherche à développer de nouvelles approches thérapeutiques afin d’éviter le recours aux arthrodèses ou prothèses discales. Cependant, le développement de ces nouvelles approches nécessite l’approfondissement de nos connaissances fondamentales relatives à la physiopathologie discale. Récemment, des études ont démontré que les cellules du Nucleus pulposus (NP) présentaient un phénotype distinct de celui des chondrocytes articulaires. Parallèlement à ces travaux, des études sur l’origine embryonnaire des cellules du NP ainsi que sur la régulation de l’homéostasie du tissu discal ont permis d’élucider certains mécanismes physiopathologiques. Cette revue résume l’avancée des connaissances relatives à la physiologie du DIV ainsi que les mécanismes mis en place lors de la dégénérescence, permettant ainsi d’envisager de nouvelles stratégies thérapeutiques

La médecine régénératrice du disque intervertébral : panacée ou illusion ?

International audienceRecent improvements of our understanding of the physiopathological processes of disc degeneration has made possible to consider with interest the regenerative medicine strategies to restore the intervertebral disc (IVD) function. These strategies include cell therapy and tissue engineering that could repair disc integrity by appropriate cells associated or not with a scaffolding biomaterials. Several options can be considered concerning cell types but also biomaterials. Studies in animal and human seem to confirm the feasibility of such an approach. However, unresolved issues remain including cell and biomaterial types to restore a functional nucleopulpogenic extracellular matrix (ECM). To date, stem cells (MSC and induced pluripotent stem cells iPS) and hydrogel family are well acknowledged as the ideal candidates regarding their ability to differentiate into an appropriate cell type and their hyperhydration composition similar to that of intervertebral disc ECM, respectively. Future work should allow to consider regenerative medicine as a breakthrough innovation in the management of low back pain patients. After a brief reminder of the general principles of regenerative medicine and its relevance to treat degenerative disc disease, cell therapy and tissue engineering are discussed. A state of the art is then given before discussing the remaining challenges prior to the transposition to humans.L’amélioration récente de notre compréhension des processus physiopathologiques de la dégénérescence discale permet d’envisager aujourd’hui le développement de stratégies de médecine régénératrice. Il s’agit notamment de la thérapie cellulaire et de l’ingénierie tissulaire qui ont pour objectif la restauration de la fonction discale par un apport de cellules associées ou non à un biomatériau. Différentes options peuvent être envisagées que ce soit au niveau du type cellulaire mais également au niveau du biomatériau utilisé. Les travaux menés chez l’animal et chez l’homme semblent confirmer la faisabilité d’une telle approche. Il reste cependant des questions en suspens, notamment le choix des cellules et du biomatériau adaptés à la restauration fonctionnelle de la matrice extracellulaire (MEC) discale. D’ores et déjà, les cellules souches (cellules stromales mésenchymateuses [CSM] adultes et cellules souches pluripotentes induites [iPS]) et la famille des hydrogels sont reconnus comme des candidats privilégiés au regard respectivement de leur capacité de différenciation en différents types cellulaires et de leur composition hyperhydratée rappelant celle de la MEC du disque intervertébral. Les futurs travaux devraient permettre de positionner la médecine régénératrice comme une innovation de rupture dans la prise en charge des patients lombalgiques. Après un bref rappel des principes de la médecine régénératrice et de son intérêt pour traiter la dégénérescence discale, les approches de thérapie cellulaire et d’ingénierie tissulaire sont discutées. Un état de l’art est ensuite réalisé puis un point sur les derniers défis à relever avant la transposition à l’homme est abordé

Intervertebral disc regeneration: a great challenge for tissue engineers

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Intervertebral disc regeneration: From cell therapy to the development of novel bioinspired endogenous repair strategies

International audienceLow back pain (LBP), frequently associated with intervertebral disc (IVD) degeneration, is a major public health concern. LBP is currently managed by pharmacological treatments and, if unsuccessful, by invasive surgical procedures , which do not counteract the degenerative process. Considering that IVD cell depletion is critical in the degenerative process, the supplementation of IVD with reparative cells, associated or not with biomaterials, has been contemplated. Recently, the discovery of reparative stem/progenitor cells in the IVD has led to increased interest in the potential of endogenous repair strategies. Recruitment of these cells by specific signals might constitute an alternative strategy to cell transplantation. Here, we review the status of cell-based therapies for treating IVD degeneration and emphasize the current concept of endogenous repair as well as future perspectives. This review also highlights the challenges of the mobilization/differentiation of reparative progenitor cells through the delivery of biologics factors to stimulate IVD regeneration

Innovative strategies for intervertebral disc regenerative medicine: From cell therapies to multiscale delivery systems

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Lessons learned from intervertebral disc pathophysiology to guide rational design of sequential delivery systems for therapeutic biological factors

International audienceIntervertebral disc (IVD) degeneration has been associated with low back pain, which is a major musculoskeletal disorder and socio-economic problem that affects as many as 600 million patients worldwide. Here, we first review the current knowledge of IVD physiology and physiopathological processes in terms of homeostasis regulation and consecutive events that lead to tissue degeneration. Recent progress with IVD restoration by anti-catabolic or pro-anabolic approaches are then analyzed, as are the design of macro-, micro-, and nano-platforms to control the delivery of such therapeutic agents. Finally, we hypothesize that a sequential delivery strategy that i) firstly targets the inflammatory, pro-catabolic microenvironment with release of anti-inflammatory or anti-catabolic cytokines; ii) secondly increases cell density in the less hostile microenvironment by endogenous cell recruitment or exogenous cell injection, and finally iii) enhances cellular synthesis of extracellular matrix with release of pro-anabolic factors, would constitute an innovative yet challenging approach to IVD regeneration

Statistical Packet Assignment Multiple Access for Wireless Asynchronous Transfer Mode Systems

Statistical Packet Assignment Multiple Access (SPAMA) is proposed, based on a statistical allocation of bandwidth resources to terminals which share a slotted, framed channel. The statistical nature of the centralized slot assignment scheme allows an accurate matching of bitrate requirements for different multimedia services with a minimal amount of signalling, while maintaining a throughput of up to 93%