Akkouch, Adil

Université Laval Mémoires et thèses électroniques

Conception et validation d'un biomatériau hybride pour la régénération osseuse

Archimede Université Laval

Plus de 1Plus de 1.000.000 procédures chirurgicales et de nouveaux cas de déficiences squelettiques sont signalés chaque année. Les matériaux utilisés pour réparer les défauts osseux comprennent l'os autologue, les allogreffes, les ciments osseux, les métaux et les céramiques. Ces matériaux présentent de nombreux problèmes dont le risque de transmission de maladies, l'absence de biodégradation et d'ostéointégration. L'ingénierie tissulaire ralliant des cellules souches et un biomatériau compatible et biodégradable pourrait être une solution idéale pour améliorer la qualité de vie et le bien être de milliers de patients. Les objectifs de cette thèse sont (i) de produire un nouvel échafaudage s'approchant le plus possible de la trame d'un os humain; (ii) de démontrer l'efficacité des cellules souches dans la régénération de tissus osseux pour des applications cliniques; et (iii) de démontrer l'importance des facteurs de croissance comme les BMPs dans la régénération in vitro de tissus osseux. La réalisation du premier objectif nous a révélée qu'une combinaison de matériaux naturels comme le collagène et 1'hydroxy apatite avec un matériau synthétique le Poly acide (L-lactique-co-e-caprolactone) est un excellent choix puisque les propriétés mécaniques et biologiques de la nouvelle matrice sont comparables à celles de l'os natif. Les résultats du deuxième objectif nous démontrent que la combinaison de notre nouvel échafaudage composite avec des cellules souches pulpaires favorise la croissance, la différenciation et la formation de nodules osseuses. Ces paramètres sont favorisés par l'ajout de facteurs ostéogéniques comme la BMP-2. Nos travaux démontrent qu'une des meilleures possibilités pour régénérer in vitro un tissu osseux consiste à regrouper (i) un échafaudage de choix, composé de matériaux naturels et synthétiques, (ii) des cellules souches comme les cellules pulpaires et (iii) des facteurs ostéogéniques comme la BMP-2. Nos résultats démontrent de façon tangible l'efficacité d'une telle combinaison pour la régénération in vitro de tissus osseux. Ces résultats, particulièrement originaux, ouvrent la voie à des applications cliniques dans le domaine des substituts osseux. Des études in vivo devraient confirmer la pertinence d'une telle combinaison et son applicabilité en clinique pour combler les pertes osseuses chez les milliers de canadiens chaque année.Over 1,000,000 surgical procedures and new cases of skeletal deficiencies are reported each year. Presently, materials used to repair bone defects include autogenous and allogenous bones, non-degradable bone cement, metals and ceramics. Allogenic tissues and materials used for bone reconstructions are associated with significant problems, such as availability, risk of transmission of diseases, non-biodegradable nature and the lack of cohesive attachment at bone-prosthesis interface. Bone tissue engineering therefore represents a new direction toward bone regeneration. The use of porous composite scaffolds in bone tissue engineering is a promising approach for bone regeneration and healing. Combining those composite materials with appropriate potentially osteogenic cell types is expected to further promote bone regeneration. The objectives of the present study are (i) to design a composite scaffold that includes natural materials such as collagen and hydroxy apatite, and synthetic material such biodegradable elastic poly(L-lactide-co-E-caprolactone) (PLCL) copolymer, (ii) investigate the usefulness of dental pulp stem cells to engineer bone tissue and (iii) demonstrate the efficacy of growth factor such as BMPs on bone tissue engineering. Using different chemical, biochemical, cell biology and molecular biology techniques, we were able to design a porous, 3D composite scaffold. This was non-toxic, biocompatible allowing osteoblast adhesion and growth. We were also able to extract dental pulp stem cells, differentiate them onto osteoblast. The cells, when cultured in the composite scaffold were able to adhere, proliferate and form bone nodules. It is important to notice that the use of BMP-2 promoted bone tissue formation in vitro. Taken together, these data suggested that combination of appropriate scaffold with stem cells and growth factors is an innovative strategy to engineer bone. It highlights the potential use of engineered biomimetic scaffolds in the bone tissue repair process

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