Soutenance de thèse de Flavy ROSEREN

La distraction ostéogénique (DO) est une technique chirurgicale utilisée dans divers cas cliniques, permettant la correction de discordance de membres d’origine pathologique ou non, autorisant un gain de taille chez des patients atteints d’achondroplasie ainsi que la correction de défauts osseux importants à la suite de traumatismes ou d’excision de tumeur osseuse. Ce protocole est organisé en trois phases distinctes. La première phase dite de latence débute après la chirurgie d’ostéotomie, avec la mise en place du fixateur externe et l’induction de fracture. S’ensuit une phase de distraction active où le fixateur externe est actionné éloignant ainsi les segments osseux l’un par rapport à l’autre. Une fois l’allongement désiré atteint, la phase de consolidation débute permettant au régénérat osseux de se développer et se minéraliser. A l’heure actuelle, le processus de DO est un protocole complexe, long et qui entraine de multiples complications telles que des infections, des pseudarthroses, des luxations, des contractures, des non-unions osseuses et des fractures itératives ou des déformations osseuses après ablation du fixateur externe. Autour de la DO gravite un grand nombre d’interrogations que ce soit sur les principes sous-jacents liés à l’ostéogénèse via l’interaction de phénomènes de vascularisation et de formation osseuse, ou sur la caractérisation des propriétés mécaniques des divers tissus présents au sein du cal osseux. Pour cette thèse deux aspects de recherche ont été définis : la caractérisation des propriétés mécaniques des tissus minéralisés au cours de la DO et l’amélioration du processus de régénération. Nous avons établi un modèle expérimental de distraction du fémur chez le rat en développant un fixateur externe ainsi qu’une ancillaire. Ce protocole nous a permis d’obtenir un régénérat osseux fonctionnel validé par l’analyse des propriétés architecturales et mécaniques de ce dernier. L’analyse des propriétés mécaniques à l’échelle microscopique via des essais d’indentation, nous a permis d’observer une augmentation des paramètres mécaniques dans la phase de consolidation traduisant une évolution temporelle. De plus, les paramètres étudiés étaient également dépendants des zones observées (cal périosté ou endosté), montrant aussi des variations d’un point de vue spatial du cal osseux. Le second aspect s’est porté sur l’analyse des effets d'une faible dose systémique de facteur de croissance G-CSF sur la consolidation osseuse. Celui-ci a un rôle sur la mobilisation des cellules souches/progénitrices hématopoïétiques (HSPC), des cellules progénitrices endothéliales (EPC) et des cellules stromales mésenchymateuses (MSC). La néovascularisation et la minéralisation ont été surveillées longitudinalement à l'aide de la tomographie par émission de positons et de la scintigraphie. Une analyse histologique a été effectuée et le nombre de HSPC, EPC et MSC circulantes a été étudié par cytométrie de flux. Les données obtenues nous indiquent que le G-CSF accélère la régénération osseuse et module la mobilisation des cellules souches/progénitrices pendant la DO.

Distraction osteogenesis (DO) is a surgical technique used in various clinical cases, to correct discrepancies of limb (pathological or non-pathological origin), allowing a gain in size in patients with achondroplasia as well as the correction of important bone defects following trauma or bone tumor excision. This protocol is organized in three distinct phases. The first so-called latency phase starts after osteotomy surgery, with the placement of the external fixator and the induction of fracture. Then, an active distraction phase in which the external fixator is activated, moving the bone segments away from each other. Once the desired elongation is reached, the consolidation phase begins, allowing the bone regeneration to develop and mineralize. At present, the DO process is a complex, lengthy protocol that involves multiple complications such as infections, pseudarthrosis, dislocations, contractures, bone non-union and iterative fractures, or bone deformations after removal of the external fixator. Many questions still revolve around the DO, whether on the underlying principles related to osteogenesis via the interaction of vascularization and bone formation phenomena or on the characterization of the mechanical properties of the various tissues present within the callus. Thus, during this thesis two aspects of research were defined: the characterization of the mechanical properties of mineralized tissues during DO and the improvement of the regeneration process. We have established an experimental model of femur distraction in the rat by developing an external fixator and an ancillary device. This protocol allowed us to obtain a functional bone regeneration validated by the analysis of its architectural and mechanical properties. The analysis of the mechanical properties at the microscopic scale via indentation tests, allowed us to observe an increase in the mechanical parameters in the consolidation phase, reflecting a temporal evolution. Moreover, the observed parameters were also dependent on the areas examined (periosteal or endosteal callus), also showing variations from a spatial point of view of the bone callus. The second aspect concerned the analysis of the effects of a low systemic dose of G-CSF growth factor on bone consolidation. This affects the mobilization of hematopoietic stem/progenitor cells (HSPC), endothelial progenitor cells (EPC) and mesenchymal stromal cells (MSC). Neovascularization and mineralization were monitored longitudinally using positron emission tomography and scintigraphy. Histological analysis was performed and the number of circulating HSPC, EPC and MSC was studied by flow cytometry. The data obtained indicate that G-CSF accelerates bone regeneration and modulates stem/progenitor cells mobilization during DO.