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Fractures : des cellules souches pour accélérer la récupération des os

Pour guérir les fractures les plus complexes, des chercheurs américains ont créé des greffes osseuses supérieures à partir de cellules souches primitives. Ces dernières aideraient à fabriquer des échafaudages très fertiles pour aider les os brisés à se régénérer. 

Fractures : des cellules souches pour accélérer la récupération des os GeorgeRudy/iStock

  • Publié le 22.06.2020 à 14h15
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L'ESSENTIEL
  • Dans le cadre d'une fracture complexe, une greffe osseuse peut être nécessaire. Celle-ci provient généralement d’un os appartenant au patient lui-même ou à un cadavre.
  • Mais l'auto-greffe prend généralement beaucoup de temps tandis qu'une greffe dérivée d’os de cadavre manque souvent de nombreuses biomolécules.
  • Pour créer une greffe osseuse biologiquement active, les chercheurs se sont tournés vers les ancêtres cellulaires des cellules souches mésenchymateuses, les cellules souches pluripotentes.

Le plus souvent, quand on se casse un os, le médecin nous plâtre et nous recommande de nous armer de patience. Toutefois, certaines fractures plus complexes nécessitent des traitements, et il arrive que les médecins se tournent vers des procédures chirurgicales impliquant la transplantation de tissu osseux sur la zone cassée. Ces greffes proviennent généralement d’un os appartenant au patient lui-même ou à un cadavre. Toutefois, ces procédures présentent plusieurs inconvénients. Les autogreffes nécessitent une intervention chirurgicale supplémentaire pour extraire le tissu osseux, ce qui augmente le temps de récupération et parfois la douleur chronique. Quand les greffes dérivés d’os de cadavre, elles ont tendance à manquer de nombreuses biomolécules qui favorisent la réparation des os.

Ce que nous voulions faire, c'était concevoir une greffe osseuse qui nous permettrait d'augmenter expérimentalement la vitesse, pour ainsi dire, et de la rendre plus biologiquement active”, expliquent les auteurs d’une étude dont les résultats sont parus dans le numéro de juin de la revue Nature Communications. Ici, des chercheurs du Texas A&M Health Science Center (Etats-Unis) ont donc réussi à créer des greffes osseuses supérieures à partir de cellules souches primitives. Ces dernières aideraient à fabriquer des échafaudages très fertiles pour aider les os brisés à se régénérer. 

Des études antérieures avaient déjà montré que les cellules souches, surtout les mésenchymateuses, pouvaient être utilisées pour produire des greffes osseuses biologiquement actives. Elles se transforment en cellules osseuses qui produisent les matériaux nécessaires à la fabrication d’un échafaudage ou matrice extracellulaires dont les os ont besoin pour croître et survivre. Toutefois, ces cellules souches sont souvent extraites de la moelle d’un os adulte et sont donc plus âgées, ce qui affecte leur capacité à se diviser et à produire plus de matrices extracellulaires.

“Une amélioration considérable des technologies actuelles de réparation des os”

Pour contourner ce problème, les chercheurs l’université Texas A&M ont donc eu l’idée de se tourner vers les ancêtres cellulaires des cellules souches mésenchymateuses, les cellules souches pluripotentes. Résultat : à l’inverse des cellules mésenchymateuses adultes qui ne vivent pas longtemps, les cellules primitives peuvent continuer à proliférer, fabriquant des cellules souches mésenchymateuses de façon illimitée, ont observé les scientifiques. Cela permet donc un approvisionnement nécessaire à la fabrication de la matrice extracellulaire pour les greffes osseuses. Qui plus est, les cellules pluripotentes peuvent être fabriquées par reprogrammation génétique de cellules adultes données, s’enthousiasment-ils.  

Pour tester l'efficacité de leur matériau d'échafaudage comme greffe osseuse, les scientifiques ont extrait et purifié la matrice extracellulaire enrichie avant de l’implanter dans un site de défauts osseux. Au fil des semaines, leur matrice pluripotente dérivée de cellules souches est devenue cinq à six fois plus efficace que le meilleur stimulateur de greffe approuvé par la Food and Drug Administration (FDA), se félicitent-ils. 

Les tests de réparation osseuse utilisant l'étalon-or des greffes, comme celles administrées avec le puissant stimulateur de croissance osseuse appelé protéine morphogène-2, peuvent prendre environ huit semaines, mais nous obtenions une guérison complète en quatre semaines, commente le docteur Carl Gregory, professeur associé au Texas A&M Health Science Center, également auteur correspondant de l'étude. Ainsi, dans ces conditions, notre matériau a dépassé de loin l'efficacité de la protéine morphogène osseuse 2, ce qui indique qu'il s'agit d'une amélioration considérable des technologies actuelles de réparation des os”, poursuit-il. 

La fabrication à grande échelle des greffes osseuses simplifiée

D’un point de vue clinique, les greffons peuvent être incorporés dans de nombreux implants, comme ceux imprimés en 3D ou des vis métalliques. De plus, les greffes osseuses seront aussi plus faciles à produire et donc avantageuses du point de vue de la fabrication.

Notre matériau est très prometteur car les cellules souches pluripotentes peuvent idéalement générer de nombreux lots de la matrice extracellulaire à partir d'un seul donneur, ce qui simplifiera grandement la fabrication à grande échelle de ces greffes osseuses”, conclut le docteur Roland Kaunas, professeur associé au département de génie biomédical et auteur correspondant de l'étude.

Outre les fractures, en France, la greffe osseuse peut être utilisée pour traiter un cancer des os ou de l’arthrose. Elle peut également être réalisée dans le cadre d’une chirurgie maxillo-faciale, pour souder définitivement une articulation ou pour reprendre une prothèse articulaire obsolète ou dysfonctionnelle. L’opération est réalisée sous anesthésie générale. Quant à la période de convalescence, elle est plus ou moins longue en fonction du site opératoire, de l’importance de la greffe et de sa capacité à consolider.

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