Animal model of neovessel embolization for tendinopathy

Abstract

Les pathologies ostéo-articulaires inflammatoires chroniques (tendinopathies, synovites, capsulites, arthrose) sont fréquentes avec un certain nombre de patients restant symptomatiques pendant plusieurs années malgré les traitements médicaux standards. Une néovascularisation anarchique a été rapportée dans ces lésions chroniques avec un phénomène de néoinnervation, en périphérie des néovaisseaux, qui serait associé aux douleurs chroniques.L’embolisation des néovaisseaux est une technique récente avec des résultats prometteurs dans ces indications. L’agent d’embolisation utilisé est une émulsion d’imipenem/cilastatine (IMP/CS) avec du produit de contraste iodé permettant d’obtenir des cristaux hydrosolubles ayant des propriétés d’embolisation transitoire. Cet antibiotique appartenant à la famille des carbapénèmes avec des règles de prescription restreintes pour éviter le risque de résistance, il est important de comprendre son mécanisme d’action afin de valider sa supériorité par rapport aux agents d’embolisation classiques ou de permettre le développement de nouveaux agents dont les propriétés d’embolisation s’en rapprocheraient.L’objectif de ce travail était la mise au point d’un modèle de gros animal de tendinopathie permettant l’exploration angiographique afin de visualiser les néovaisseaux et de réaliser une embolisation.La première étape (9 cochons; 18 tendons) a consisté à développer un modèle porcin de tendinopathie patellaire induit chimiquement par l’injection de collagénase de type 1. Plusieurs posologies de collagénase ont été injectées sous contrôle échographique afin de sélectionner la dose la plus adaptée pour induire un modèle de tendinopathie patellaire visible en échographie, en angiographie à J7 et J14 de l’injection et en anatomopathologie. La dose de collagénase injectée était corrélée à la néovascularisation en angiographie (p<0.001) et au niveau du score de Bonar en anatomopathologie (p=0.003).La deuxième étape (8 cochons; 16 tendons) a évalué la faisabilité de l’embolisation de ce modèle et comparé la sécurité et l’efficacité de l’embolisation avec IMP/CS par rapport à des microparticules définitives de 50 à 300 µm. L’embolisation a pu être réalisé dans 91.7% des cas. La néoangiogénèse était significativement moins marqué sur le contrôle angiographique à 7 jours de l’embolisation dans les groupes embolisés par rapport au groupe contrôle (p=0.04), mais pas au niveau histologique (score de Bonar (p=0.15) ; néovaisseaux/mm² (p=0.07). Les embolisations non cibles étaient plus fréquentes dans le groupe microparticules 50-100 µm (p=0.02). En parallèle de cette étude préclinique, notre équipe a également comparé une cohorte de 29 patients traités par IMP/CS ou microparticules définitives pour l’embolisation de néovaisseaux dans les douleurs chroniques de l’épaule réfractaires au traitement médical. L’utilisation d’IMP/CS était associée à une meilleure efficacité sur la sensation de douleur et la satisfaction du patient à 3 mois de l’embolisation (p=0.02) et moins de complications par rapport aux microparticules définitives (p=0.01).L’analyse in vitro des cristaux d’imipenem a confirmé la petite taille, majoritairement inférieure à 40µm et révélé des formes de cristaux très irréguliers. L’hypothèse faite était que la forme des cristaux pouvait être responsable de lésions endothéliales au niveau des néovaisseaux anarchiques. La troisième étape (6 cochons; 12 tendons) de ce travail a comparé l’IMP/CS en cristaux avec des cristaux de carbonate de calcium qui présentent une forme irrégulière similaire et avec de l’imipenem arrondi par atomisation. Les résultats sont en cours d’analyse.L’ensemble des résultats permettent de confirmer l’intérêt de l’IMP/CS comme agent d’embolisation dans ces indications ostéo-articulaires et permettent d’envisager l’évaluation de nouveaux agents d’embolisation à l’aide de notre modèle porcin de tendinopathie patellaire induit rapidement et reproductible.Chronic inflammatory osteoarticular pathologies (tendinopathies, synovitis, capsulitis, and osteoarthritis) are common, with a significant proportion of patients that remain symptomatic for several years despite well-conducted medical treatments. Anarchic neovascularization has been reported by patients with these chronic injuries. It is associated with the development of neo-innervation in the periphery of the neovessels, and this would be responsible for the chronic pain.Neovessel embolization is a recent technique with promising results in these indications. The embolization agent used is an emulsion of imipenem/cilastatin (IMP/CS) with iodinated contrast medium. It obtains water-soluble crystals with transient embolization properties. As this antibiotic belongs to the carbapenem family with restricted prescription rules to avoid the risk of resistance, it is important to understand its embolic mechanism in order to validate its superiority over classical embolization agents and to allow the development of new agents with similar embolization properties.The objective of this work was to develop a large animal model of tendinopathy for angiographic exploration in order to visualize the neovessels and to perform embolization.The first step was to develop a porcine model of patellar tendinopathy (9 pigs; 18 tendons) chemically induced by the injection of type 1 collagenase. Several doses of collagenase were injected under ultrasound guidance in order to select the most suitable dose to induce a model of patellar tendinopathy visible in ultrasound and in angiography at D7 and D14. The dose of collagenase injected correlated with neovascularization on angiography (p<0.001) and with the level of Bonar score on pathology (p=0.003).The second step was to evaluate the feasibility of embolization of this model and to compare the safety and efficacy of embolization with IMP/CS to definitive microspheres of 50 to 300 µm (8 pigs; 16 tendons). Embolization could be performed in the 91.7% of cases. Seven days after embolization, neoangiogenesis was significantly less marked on angiographic control in the embolized groups compared to the control group (p=0.04), but this was not the case at the pathologic level (Bonar score (p=0.15); neovessels/mm² (p=0.07). Non-target embolizations were more frequent in the 50-100 µm microspheres group (p=0.02). In parallel with this preclinical study, our team also observed a cohort of 29 patients treated with IMP/CS or definitive microspheres for neovessel embolization in chronic shoulder pain refractory to medical treatment. The use of IMP/CS was associated with better efficacy on pain feeling and patient satisfaction 3 months after embolization (p=0.02).Besides, there were fewer complications compared to the treatment with definitive microspheres (p=0.01).In vitro analysis of the imipenem crystals confirmed their small size, most of them were less than 40µm in size, and revealed very irregular crystal shapes. It was hypothesized that the shape of the crystals could be responsible for endothelial damage in anarchic neovessels.At the third stage of this work, IMP/CS crystals were compared with calcium carbonate crystals having a similar irregular shape and spray-rounded imipenem (6 pigs; 12 tendons). The results are currently being analyzed.The overall results confirm the benefit of IMP/CS as an embolization agent in these osteoarticular indications and allow us to consider the evaluation of new embolization agents using our rapidly induced and reproducible porcine model of patellar tendinopathy