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Tissu cartilagineux: biologie, physiologie et réparation
Hang-Korng Ea UMR 606 & Université Paris 7
Hôpital Lariboisière
DES Orthopédie
Plaque de croissance Différenciation terminale Apoptosis Minéralisation
Articulaire Pas de différenciation
Permanent Fonction « mécanique »
Transitoire, disparaît à la puberté Croissance osseuse
Deux types de cartilage
Le cartilage articulaire
Cartilage articulaire
Matrice extracellulaire Chondrocytes
• Avasculaire
• Non innervé, alymphatique
• 2-5% de cellules
• 95% de matrice extracellulaire
X 800
Articular cartilage CHONDROCYTE
Zone superficielle Zone moyenne Zone profonde Tidemark Zone calcifiée Os sous-chondral
Cartilage articulaire
Matrice extracellulaire
• Collagène de type II, fibrillaire
• Protéoglycanes: agrécane
• Petites molécules non collagéniques
• Petites molécules riche en leucine: small leucin-rich protein (SLRP)
• Collagènes « mineurs »
Matrice cartilagineuse
• Collagène II : spécifique cartilage et vitrée, fibrillaire. 90-95% du réseau de collagène
• Collagène IX non fibrillaire associé au II
• Collagène X marqueur des chondrocytes hypertrophiques, minéralisation du cartilage
• Collagène VI adhésion des chondrocytes à la matrice
• Collagène XI initie la nucléation fibrillaire
→ Résistance au forces de tension et cisaillement
Matrice cartilagineuse
• Glycosaminoglycanes
forte charge négative ⇨ Na+ ⇨ grandes quantités d'eau conformation très étirée ⇨ volume considérable par rapport à la masse ⇨ résistance au forces de compression
Acide hyaluronique : non lié aux protéines, très long (25 000 disaccharides)
• Protéoglycanes du cartilage Agrécane : forme des agrégats de gros protéoglycanes, branché sur l’acide hyaluronique Décorine et biglycane très petits
Les Glycosaminoglycanes
Dudhia 2005 CMLS
Acide hyaluronique et agrécanes • Acide hyaluronique
• Agrécane
Agrécanes et résistance aux forces de compression
Kiani 2002 Cell Research
Matrice cartilagineuse Les SLRP (Small leucin-rich proteins)
• 6 ou 10-11 LRR • 5 familles
Gpe I: décorine, biglycan, asporine Décorine et biglycan lient collagène II et VI, régulent formation du réseau
Gpe II: fibromoduline, lumican…
• Nombreuses fonctions cellulaires
Délétion de décorine et biglycan: anomalie des fibrilles
Délétion de la fibromoduline: arthrose
Matrice cartilagineuse
• Protéines non collagèniques – Matrilines – Thrombospondines – Fibronectine – Tenascine – Matrix Gla protéine : empêche la minéralisation – Elastine (cartilage élastique)
Décorine ++ ↓ Collagène II ↓ Agrécane ↑
Protéoglycane ↑
Zone superficielle Zone moyenne Zone profonde Tidemark Zone calcifiée Os sous-chondral
Orientation des fibres de collagènes
MEC et organisation du cartilage
Interaction os-cartilage
MMP-1-9-13, ADAMTS-4&-5…
IL-1 & -6 PGE2 IGF-1 TGF-β
?
Interaction os-cartilage
Fünck-Brentano 2011 Cytokine Growth Factor Rev
BIOMECANIQUE CHONDROCYTAIRE
• Sensibilité des chondrocytes à la pression statique et cyclique : - Étirement, tension, pression, flux liquidien, déchirure • Conséquences :
- ouverture de canaux calciques - phosphorylations protéiques - expression génique et synthèse protéique
• Intégrines = MECANORECEPTEURS
Stimulation mécanique
Remodelage du cartilage • Chondrocytes responsables du renouvellement
(synthèse + dégradation) de la matrice • Dégradation : Protéases : métalloprotéases
dont « agrécanases » et dérivés oxygénés
• Régulés par des facteurs locaux (cytokines et facteurs de croissance) sécrétés par les chondrocytes ou les cellules de voisinage (synoviocytes, cellules osseuses et inflammatoires)
Homéostasie du cartilage
IL1-‐Ra, sTNF-‐R IL4, IL10, IL13
IL-‐6 IL-‐8
IL1, TNFα, IL18
DÉGRADATION IGF, BMPs, TGFβ SYNTHÈSE
MMP-‐3, 13 ADAMTS-‐4 ADAMTS-‐5
Collagène II Protéoglycanes
Arthrose
Formation Dégradation
Collagène II Protéoglycane
Enzymes MMP
ADAMTS
Déséquilibre de la balance Mort chondrocytaire (apoptose) inflammation locale
Loeser 2009 Osteoarthritis Cartilage
Vieillissement du cartilage
Forsyth 2005 J Gerontol Biol Sci
Vieillissement et réponse chondrocytaire
AGEs et arthrose
Advanced Glycation End-products
Verzijl 2003 Curr Opin Rheum Loeser et al.
DeGroot 1999 Arthritis Rheum
AGEs diminuent la synthèse des protéoglycanes
Verzijl 2002 Arthritis Rheum
AGEs augmentent la dureté du cartilage
Anderson 2010 Best Pract Res Clin Rheumatol
Vieillissement et arthrose
• Mechanic
• Cartilage calcification
Lésions cartilagineuses focales
Lésions cartilagineuses focales
Très fréquente
Etude arthroscopique 1000 arthroscopies:
66% de lésions focales
Peuvent être handicapantes : douleur, blocage, gonflement
Superficielle, profonde avec ou sans atteinte de l’os sous-chondral
Etude IRM (Ding et al 2006):
47% des pts sans atcd OA, 53% pts avec atcd famille OA, ont des lésions cartilagineuses focale
Suivi prospective 2.3 ans: 33% s’aggravent, 37% s’améliorent, le reste stable
Asymptomatique +++
Lésions cartilagineuses focales
Peut survenir sans traumatisme initial
Peut évoluer favorablement et donc réparation spontanée
Le plus souvent post-traumatique
Facteur de risque d’avoir une prothèse dans les 4 ans (Wluka 2005)
Facteur de risque de progression de l’OA (Wavies-Tuck 2008)
Maladie OA plus sévère (Wluka 2005)
Peut compliquer une arthrose et accélérer les lésions arthrosiques
Facteurs de réparation d’une lésion focale
Sexe, âge, BMI
Site lésionnel: condyles fémoraux >> plateaux tibiaux, patella
Taille de la lésion
Lésion superficielle < 3-4 mm de diamètre, réparation spontanée possible
Lésion > 4 mm diamètre : nécrose cellulaires aux berges, activité catabolique des chondrocytes augmentée
Lésion profonde avec atteinte de l’os sous chondral: réaction inflammatoire, clou fibrinaire, afflux de facteurs osseux et vasculaires : formation d’un tissu fibrocartilagineux
Facteurs de réparation d’une lésion focale
Dell accio 2010 Eur Cell Mat
Dell accio 2010 Eur Cell Mat
Facteurs de réparation d’une lésion focale
Facteurs génétiques
Techniques de réparation d’une lésion focale
Traitements chirurgicaux
• Recrutement des cellules de la moelle: microfractures
• Autogreffe ostéochondrale: la mosaicplastie
• Implantation de chondrocytes autologues
• Ingénierie tissulaire du cartilage: choix du matériau support/ des cellules (chondrocytes ou cellules souches mésenchymateuses
Résultats équivalents avec moins bonne efficacité des microfractures
Yanke 2015 Curr Rev Musculoskelet Med