Modulation of type II collagen synthesis in cartilage by mechanical compression [English translation]

Original abstract — French

Le cartilage articulaire est l’un des tissus corporels dont la dégénérescence mène à des douleurs chroniques. Le maintien de sa fonctionnalité dépend de l’intégrité de sa structure, qui est assurée par les chondrocytes, cellules du cartilage. Ces dernières utilisent, entre autres, les signaux mécaniques pour réguler leur activité métabolique. Peu de travaux ont réussi à éclaircir le rôle des stimulations mécaniques dans le contrôle de la synthèse du collagène type II, qui est une composante majeure du cartilage. Dans ce projet, nous avons tenté de vérifier si les compressions mécaniques, en configuration non confinée, peuvent moduler la synthèse du collagène type II dans des explants de cartilage articulaire bovin mature (un à deux ans), par le biais de facteurs physiques spécifiques.

Les compressions ont été effectuées à l’aide du montage MACH-1 (Biosyntech Canada Incorporée) combinée à une chambre à compressions multiples (Quattro) sur des explants cylindriques mis en culture pendant quelques jours. Ces explants comprenaient toute l’épaisseur du tissu, de la surface articulaire à la zone calcifiée, en plus d’inclure une couche de l’os subchondral. La première méthode utilisée pour évaluer le taux de synthèse du collagène type II fut le dosage de son propeptide C-terminal (CPII) par RIA et par Western Blot. La deuxième méthode fut la mesure d’incorporation de ³H-proline par les comptes en scintillation du précipité NaCl (0.9M en milieu acide).

Les compressions statiques (déformation axiale de 25%) ont induit une augmentation du contenu en CPII dans le tissu, accompagnée d’une baisse dans le milieu de culture ; il semble que cette réponse soit associée à une baisse de diffusion ou à un mécanisme de rétention du CPII dans le tissu. L’incorporation de ³H-proline en collagène type II nouvellement synthétisé a été diminuée dans le tissu comme dans le milieu de culture, proposant une baisse de synthèse. Les compressions dynamiques (déformation axiale de 25 %) en dent de scie ont induit une augmentation du contenu en CPII dans le tissu et dans le milieu de culture ; cette réponse suggère la hausse du taux de synthèse du collagène type II. Cependant, cette hausse de synthèse n’est pas reflétée par l’incorporation de ³H-proline en collagène type II ; en fait, les compressions à vitesse rapide ne démontre aucune modulation alors que celles à vitesse moyenne suggèrent une baisse de synthèse.

Les résultats contradictoires obtenus par les deux méthodes (CPII vs ³H-proline) pointent vers des artefacts potentiels. Par exemple, les compressions mécaniques peuvent induire des bris structuraux du cartilage, facilitant l’extraction du CPII présent dans le tissu (hausse reliée à l’extraction et non à une augmentation de synthèse). Elles peuvent aussi diminuer l’accessibilité de la ³H-proline par les cellules (baisse d’incorporation de ³H-proline qui n’est pas nécessairement reliée à une baisse de synthèse). Il est aussi possible que ces résultats soient le reflet de mécanismes de régulation complexes.

La tentative de localiser les modulations de CPII pour les comparer aux prédictions du modèle composite biphasique (dans le but de déterminer les facteurs physiques impliqués) est particulièrement difficile ; le CPII semble diffuser facilement dans le tissu et les conditions expérimentales ne concordent pas très bien avec les conditions supposées dans le modèle.

Différents résultats complémentaires ont été obtenus au cours de ce projet afin de mieux comprendre la synthèse du collagène type II dans notre système d’explants, et dévoilent la complexité de sa régulation. Certains de ces résultats proposent des mécanismes intéressants, qui ne sont toutefois pas en rapport avec les stimulations mécaniques.

La modulation de la synthèse du collagène type II par les compressions mécaniques n’est pas encore clairement démontrée. L’utilisation de cartilage articulaire immature, mis en culture en présence de FBS, semble être la voie à suivre pour augmenter les possibilités d’induire des réponses observables.