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BIOFUTUR 326 • NOVEMBRE 2011 53 Utiliser le potentiel régénératif des cellules, et en
particulier celui des cellules souches, pour for- mer des substituts capables d’outrepasser les limites des greffes classiques, à savoir le manque d’approvisionnement en tissus vivants, les réac- tions immunitaires ou encore la mauvaise tenue à long terme des tissus de remplacement (1).
Voilà certainement le type de réflexion qui a joué un rôle précurseur dans la naissance d’une dis- cipline à l’intersection des domaines de la biolo- gie, de la biomécanique et des biomatériaux : l’ingénierie tissulaire.
Les cellules souches ne sont pas capables de reconstituer spontanément un tissu tridimen- sionnel entier. Elles doivent donc être placées dans une structure temporaire qui a pour double rôle de se substituer au tissu lésé, en assurant ses fonctions anatomiques et métaboliques le temps qu’il se régénère, tout en envoyant aux cel- lules des signaux les orientant vers un phéno- type plutôt qu’un autre. Cette structure tridimensionnelle temporaire, généralement dési- gnée par l’anglicisme « scaffold » (échafaudage), doit s’intégrer et se dégrader dans le métabo- lisme sans susciter de réaction adverse.
Pour le biomécanicien, la part de la mécanique dans l’ingénierie tissulaire ne s’arrête pas à l’échelle macroscopique du tissu. Dans les années 2000, plusieurs groupes de recherche ont clai- rement mis en évidence que le comportement d’une cellule isolée ou d’un groupe de cellules est fortement dépendant de l’environnement mécanique (2). Il semblerait que la cellule teste son support en lui soumettant des efforts qua- lifiés de « contractiles » : elle y exerce des efforts de traction qui lui permettent de migrer mais aussi d’adapter son activité à la nature et aux proprié- tés du support (lire p. 47). Avant une greffe, il est donc fondamental de prendre en compte les déformations auxquelles la cellule implantée sera soumise, de même que les propriétés mécaniques du substrat sur lequel elle va adhérer. Ces consi- dérations mécaniques, à l’échelle macroscopique
du tissu et microscopique de la cellule, situent l’étendue des champs d’investigation explorés en ingénierie tissulaire.
Le cas particulier du ligament croisé antérieur (LCA)
Le LCA joue un rôle essentiel dans la stabilité du genou. Très fréquente, sa rupture a tendance à augmenter ces dernières décennies, notamment en raison de la pratique croissante du ski et de sports tels que le handball et le basketball. Cette lésion entraîne souvent des arrêts de travail impor- tants et constitue donc un problème sociétal majeur. Le traitement le plus courant est un acte chirurgical de ligamentoplastie, en vue de recou- vrer la stabilité de l’articulation au plus vite, qui consiste à utiliser un tissu voisin, généralement le tendon rotulien, pour remplacer le tissu lésé (3).
Mais même satisfaisant, ce type d’intervention reste cliniquement discutable puisqu’il s’agit de modifier un tissu sain pour reconstruire un tissu lésé dont les propriétés ne seront pas totalement rétablies.
À Nancy, le Laboratoire d’énergétique et de méca- nique théorique et appliquée s’attache à conce- voir un scaffold capable de remplir tempo- rairement la fonction du LCA, tout en offrant aux cellules souches qui y seront implantées un envi- ronnement propice à leur adhésion, à leur pro- lifération et à la sécrétion d’un réseau de fibres de collagène destinées à suppléer puis à rem- placer le scaffold(4). Le but est de prédire à la fois le comportement macroscopique de l’écha- faudage dans l’articulation du genou et l’envi- ronnement mécanique microscopique des cellules qui y seront cultivées. Ces recherches supposent de trouver des biomatériaux adaptés et de mettre au point un bioréacteur capable de mimer les prin- cipaux mouvements physiologiques du genou (sollicitations cycliques de traction et de torsion) dans un environnement biochimique réaliste.
Ce type d’études offre de larges perspectives, tant au niveau clinique, pour évaluer de nouvelles thé-
De la mécanique tissulaire à la mécanique cellulaire
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rapies, que fondamental, pour comprendre les mécanismes régissant l’activité cellulaire. Grands brûlés, ostéoporotiques, cardiaques, arthro- siques… Beaucoup de patients pourraient, en théorie, profiter des avancées récentes en ingé- nierie tissulaire. En pratique, bien que certaines applications aient déjà franchi la barrière de l’ap- plication clinique, beaucoup de questions restent sans réponse. Dans le cas du LCA, il reste, entre autres, à savoir si la régénération cellulaire saura compenser in vivo la biodégradation du matériau et ainsi maintenir la stabilité du genou durant les mois suivant l’opération.G
Cédric Laurent, Jean-François Ganghoffer, Rachid Rahouadj
Laboratoire d’énergétique et de mécanique théorique et appliquée, UMR 7563 CNRS, Université de Lorraine 2, avenue de la forêt de Haye, 54504 Vandœuvre-lès-Nancy rachid.rahouadj@ensem.inpl-nancy.fr
(1)Langer R, Vacanti JP (1993) Science 260, 920-6 (2)Chen CS (2008) J Cell Sci 121, 2385-92 (3)Karmani S, Ember T (2003) Curr Orthopaed 17, 369-77
(4)Laurent C et al. (2011) J Biomech Eng 133, 065001-9
Les différentes échelles mécaniques impliquées dans la réparation du ligament croisé antérieur par la méthode de l’ingénierie tissulaire.
Échelle de l’articulation
Échelle de la cellule
Échelle du tissu
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