Intervertebral disc regenerative medicine : morphological study of Nucleus Pulposus surgical route in sheep

Définie comme le « mal du siècle », la lombalgie concernera au moins une fois 80% de la population mondiale. Parmi les lombalgies, 40% d’entre elles sont secondaires à la dégénérescence du disque intervertébral (DIV). Actuellement, les traitements proposés sont symptomatiques mais l’amélioration des connaissances physiopathologiques du DIV permet d’envisager le développement de nouvelles approches thérapeutiques cette fois-ci étiopathogéniques : c’est la médecine régénératrice du DIV. Afin de démontrer l’efficacité de ces thérapies in vivo, différents modèles animaux de dégénérescence discale ont été décrits. Parmi les modèles proposés, la brebis constitue un modèle intéressant. En effet, il existe une dégénérescence discale naturelle chez la brebis dont la physiopathologie est très proche de la dégénérescence discale observée chez l’Homme. De plus, les similitudes morphologiques rachidiennes de ce modèle de grande taille confirment sa pertinence dans ce contexte. L’objectif de ce travail était d’étudier la morphologie des vertèbres lombaires ovines et de caractériser la dégénérescence discale spontanée chez la brebis par des méthodes d’imagerie et d’histologie. Ce travail a montré une dégénérescence discale spontanée appréciable en 6 mois chez la brebis et il existe une corrélation entre les altérations histologiques et les modifications de signal IRM du DIV. Afin d’injecter un agent thérapeutique au sein du DIV, il est nécessaire de réfléchir sur la voie d’abord. La voie trans-annulaire (VTA) est la voie d’abord de référence, mais elle risque de fragiliser l’anneau fibreux (AF). La voie trans-pédiculaire (VTP) préserve l’anneau fibreux mais induit de nouvelles lésions qui doivent être évaluées. L’objectif de ce travail était d’étudier par l’imagerie la faisabilité de la VTP et de la VTA chez la brebis et chez l’Homme, puis d’analyser les conséquences de ces 2 voies d’abord sur le DIV ovin grâce à un suivi longitudinal. Les 2 voies d’abord sont réalisables chez la brebis et chez l’Homme. Dans le contexte de la médecine régénératrice du DIV, nous recommandons d’utiliser la voie transannulaire afin d’injecter un agent thérapeutique, à l’aide d’une aiguille de petit diamètre.Defined as the “disease of the century”, low back pain (LBP) will affect 80% of the population. 40% of LBP is due to the intervertebral disc (IVD) degeneration. Currently, treatments are symptomatic, but the improvement in the physiopathological knowledge of IVD makes it possible to envisage etiopathogenic approaches: the IVD regenerative medicine. To demonstrate in vivo the efficacy of theses therapies, degenerative IVD animal models have been described. Among them, the sheep is an interesting model. Indeed, natural IVD degeneration is observed in sheep, that is really similar to the human IVD. Moreover, spinal morphological similarities of this large model confirm its relevance in this context. The purpose of this study was to analyse the morphology of ovine lumbar vertebrae and to characterise spontaneous IVD degeneration in sheep using imaging and histological methods. This work showed spontaneous disc degeneration over 6 months in the ovine model and a correlation between IVD histological alteration and MRI signal. In order to inject a therapeutic agent into IVD, it is necessary to consider the surgical route. The transannular approach (TAA) is now the “gold standard”, but it is well recognized that the TAA can lead to in-depth alterations of the mechanical properties of the annulus fibrosus (AF). The transpedicular approach (TPA) preserves the AF but induces new lesions that must be evaluated. The purpose of this work was therefore to study the feasibility of the TAA and TPA in sheep and humans using imaging techniques, and then to analyse the consequences of these two surgical routes in sheep during a longitudinal follow-up. Both routes are feasible in sheep and humans. In the context of IVD regenerative medicine, we recommend to perform the transannular approach to inject a therapeutic agent, using a small diameter needle

Médecine régénératrice du disque intervertébral : étude morphologique de l’approche du Nucleus Pulposus chez le modèle brebis

Defined as the “disease of the century”, low back pain (LBP) will affect 80% of the population. 40% of LBP is due to the intervertebral disc (IVD) degeneration. Currently, treatments are symptomatic, but the improvement in the physiopathological knowledge of IVD makes it possible to envisage etiopathogenic approaches: the IVD regenerative medicine. To demonstrate in vivo the efficacy of theses therapies, degenerative IVD animal models have been described. Among them, the sheep is an interesting model. Indeed, natural IVD degeneration is observed in sheep, that is really similar to the human IVD. Moreover, spinal morphological similarities of this large model confirm its relevance in this context. The purpose of this study was to analyse the morphology of ovine lumbar vertebrae and to characterise spontaneous IVD degeneration in sheep using imaging and histological methods. This work showed spontaneous disc degeneration over 6 months in the ovine model and a correlation between IVD histological alteration and MRI signal. In order to inject a therapeutic agent into IVD, it is necessary to consider the surgical route. The transannular approach (TAA) is now the “gold standard”, but it is well recognized that the TAA can lead to in-depth alterations of the mechanical properties of the annulus fibrosus (AF). The transpedicular approach (TPA) preserves the AF but induces new lesions that must be evaluated. The purpose of this work was therefore to study the feasibility of the TAA and TPA in sheep and humans using imaging techniques, and then to analyse the consequences of these two surgical routes in sheep during a longitudinal follow-up. Both routes are feasible in sheep and humans. In the context of IVD regenerative medicine, we recommend to perform the transannular approach to inject a therapeutic agent, using a small diameter needle.Définie comme le « mal du siècle », la lombalgie concernera au moins une fois 80% de la population mondiale. Parmi les lombalgies, 40% d’entre elles sont secondaires à la dégénérescence du disque intervertébral (DIV). Actuellement, les traitements proposés sont symptomatiques mais l’amélioration des connaissances physiopathologiques du DIV permet d’envisager le développement de nouvelles approches thérapeutiques cette fois-ci étiopathogéniques : c’est la médecine régénératrice du DIV. Afin de démontrer l’efficacité de ces thérapies in vivo, différents modèles animaux de dégénérescence discale ont été décrits. Parmi les modèles proposés, la brebis constitue un modèle intéressant. En effet, il existe une dégénérescence discale naturelle chez la brebis dont la physiopathologie est très proche de la dégénérescence discale observée chez l’Homme. De plus, les similitudes morphologiques rachidiennes de ce modèle de grande taille confirment sa pertinence dans ce contexte. L’objectif de ce travail était d’étudier la morphologie des vertèbres lombaires ovines et de caractériser la dégénérescence discale spontanée chez la brebis par des méthodes d’imagerie et d’histologie. Ce travail a montré une dégénérescence discale spontanée appréciable en 6 mois chez la brebis et il existe une corrélation entre les altérations histologiques et les modifications de signal IRM du DIV. Afin d’injecter un agent thérapeutique au sein du DIV, il est nécessaire de réfléchir sur la voie d’abord. La voie trans-annulaire (VTA) est la voie d’abord de référence, mais elle risque de fragiliser l’anneau fibreux (AF). La voie trans-pédiculaire (VTP) préserve l’anneau fibreux mais induit de nouvelles lésions qui doivent être évaluées. L’objectif de ce travail était d’étudier par l’imagerie la faisabilité de la VTP et de la VTA chez la brebis et chez l’Homme, puis d’analyser les conséquences de ces 2 voies d’abord sur le DIV ovin grâce à un suivi longitudinal. Les 2 voies d’abord sont réalisables chez la brebis et chez l’Homme. Dans le contexte de la médecine régénératrice du DIV, nous recommandons d’utiliser la voie transannulaire afin d’injecter un agent thérapeutique, à l’aide d’une aiguille de petit diamètre

Collateral effects of targeting the nucleus pulposus via a transpedicular or transannular surgical route: a combined X-ray, MRI, and histological long-term descriptive study in sheep

International audiencePurpose: In the context of regenerative medicine strategies, based in particular on the injection of regenerative cells, biological factors, or biomaterials into the nucleus pulposus (NP), two main routes are used: the transpedicular approach (TPA) and the transannular approach (TAA). The purpose of our study was to compare the long-term consequences of the TPA and the TAA on intervertebral disc (IVD) health through a longitudinal follow-up in an ovine model.Methods: The TPA and the TAA were performed on 12 IVDs from 3 sheep. Six discs were left untreated and used as controls. The route and injection feasibility, as well as the IVD environment integrity, were assessed by MRI (T2-weighted signal intensity), micro-CT scan, and histological analyses (Boos' scoring). The sheep were assessed at 1, 3, and 7 months.Results: Both the TPA and the TAA allowed access to the NP. They both induced NP degeneration, as evidenced by a decrease in the T2wsi and an increase in the Boos' scores. The TPA led to persistent end-plate defects and herniation of NP tissue (Schmorl's node-like) after 7 months as well as the presence of osseous fragments in the NP.Conclusions: The TPA induced more severe lesions in IVDs and vertebrae compared to the TAA. The lesions induced by the TPA are reason to consider whether or not this route is optimal for studying IVD regenerative medicine approaches

Comparison of MRI T1, T2, and T2* mapping with histology for assessment of intervertebral disc degeneration in an ovine model

International audienceAn easy, reliable, and time-efficient standardized approach for assessing lumbar intervertebral disc (IVD) degeneration with relaxation times measurements in pre-clinical and clinical studies is lacking. This prospective study aims to determine the most appropriate method for lumbar IVD degeneration (IDD) assessment in sheep by comparing three quantitative MRI sequences (variable-flip-angle T1 mapping, and multi-echo T2 and T2* mapping), correlating them with Pfirrmann grading and histology. Strong intra- and interrater agreements were found for Nucleus pulposus (NP) regions-of-interest (ROI). T1, T2, and T2* mapping correlated with Pfirrmann grading and histological scoring (p < 0.05) except for the most ventral rectangular ROI on T2 maps. Correlations were excellent for all of the T1 ROIs and the T2* NP ROIs. Highly significant differences in T1 values were found between all Pfirrmann grades except between grades I/II and between grades III/IV. Significant differences were identified in the T2 and the T2* values between all grades except between grades I/III. T1, T2, and T2* relaxation times measurements of the NP are an accurate and time-efficient tool to assess lumbar IDD in sheep. Variable-flip-angle T1 mapping may be further considered as a valuable method to investigate IDD and to assess the efficacy of regenerative treatments in longitudinal studies

In vitro and in vivo evaluation of an electrospun-aligned microfibrous implant for Annulus fibrosus repair

International audienc