Modèle d’arthrose in vitro

Modèle d’arthrose in vitro modulable à partir de carottes ostéochondrales équines

INTRODUCTION

La surcharge mécanique des articulations synoviales peut provoquer des lésions cartilagineuses susceptibles d’évoluer, en l’absence de traitement, vers des maladies chroniques comme l’arthrose. Plusieurs modèles d’arthrose in vitro sont développés à partir de carottes ostéochondrales, avec divers protocoles de chargement mécanique, durées de culture et milieux de culture. La forte variabilité entre échantillons demeure toutefois une limite récurrente des travaux publiés. Cette étude visait donc à déterminer si une évaluation non destructive des propriétés électromécaniques du cartilage, utilisée pour guider le prélèvement des carottes, pouvait réduire cette variabilité et permettre un modèle d’arthrose robuste et modulable.

MÉTHODES

Des blocs de condyles fémoraux équins (N = 4) ont été prélevés et évalués au moyen du paramètre quantitatif électromécanique (QP), mesuré à plus de 40 positions de la surface avec une sonde manuelle (Benchtop Arthro-BST, Biomomentum; figure 1A). Des carottes ostéochondrales de 4,8 mm de diamètre ont ensuite été extraites de chaque bloc à l’aide d’une perceuse à colonne sous irrigation constante (figure 1B). Selon les scores de qualité internes, 17 carottes ont été retenues et réparties en trois groupes : témoin (n = 5), lésé (n = 6) et lésé + TNFα (n = 6). Les carottes ont été placées dans des systèmes sur mesure à deux chambres (figure 1C) et incubées pendant 6 jours à 37 °C et à 5 % de CO₂. Les deux chambres contenaient du milieu DMEM/F12 additionné de 0,1 % de BSA et de 50 ng/mL de dexaméthasone. Le TNFα (100 ng/mL) a été ajouté uniquement dans la chambre du cartilage des échantillons du groupe lésé + TNFα.

Le milieu a été prélevé aux jours 3 et 6 pour quantifier les glycosaminoglycanes (GAG) libérés. Pour déterminer la variation en pourcentage des propriétés mécaniques du cartilage, une séquence de compression non confinée et de friction rotationnelle sur verre a été réalisée en conditions aseptiques au jour 0 avant la lésion, puis 6 jours après celle-ci. Une lésion mécanique a été produite au jour 0 sur les échantillons concernés (n = 12) par une compression de 50 % de déformation à une vitesse de 100 %/s; les témoins n’ont pas été lésés. Des images au stéréomicroscope ont servi à mesurer l’épaisseur du cartilage et à documenter les altérations macroscopiques de sa surface. Après les derniers essais mécaniques, des prélèvements de cartilage ont permis de déterminer la viabilité cellulaire et la teneur tissulaire en GAG, ainsi que de préparer des coupes en paraffine colorées à la safranine O/vert rapide pour visualiser les GAG. Les analyses statistiques ont utilisé une ANOVA suivie du test post-hoc de Tukey.

RÉSULTATS

Le QP du cartilage a confirmé une forte variabilité entre les blocs ostéochondraux prélevés et entre les carottes d’un même bloc (figure 1). Les images des surfaces prises immédiatement après la lésion ont montré une forte corrélation entre la gravité des fissures et le QP des carottes (figure 2) : les fissures étaient plus profondes dans les carottes à QP élevé et superficielles dans celles à faible QP. Les variations en pourcentage des propriétés mécaniques en compression non confinée et en friction étaient également plus marquées dans les carottes à QP élevé. Les changements les plus importants concernaient la perméabilité (figure 3A), qui augmentait de 67 à 80 % dans les carottes à faible QP, contre 221 à 300 % dans celles à QP élevé. Ces dernières répondaient aussi davantage au TNFα, avec une libération de GAG deux fois plus élevée qu’après la lésion seule (figure 3B), accompagnée d’un gradient visible de déplétion en GAG en histologie (figures 3C et 3D).

DISCUSSION

Comme prévu, différents degrés d’altération ont été observés pour les propriétés mécaniques et tribologiques, les quantités de GAG libérées dans le milieu et la distribution des GAG dans la matrice visible sur les coupes histologiques. Ces altérations dépendaient de la lésion mécanique et de la présence de TNFα dans le milieu, mais aussi fortement du QP mesuré avant l’extraction des carottes. L’ajout de cette mesure au protocole a ainsi contribué à réduire la variabilité entre échantillons. Des études ultérieures examineront l’effet de durées de culture plus longues, de différents niveaux de lésion mécanique et d’autres cytokines pro-inflammatoires.

PORTÉE

L’arthrose est une maladie invalidante à progression lente, au cours de laquelle les articulations atteintes passent par différents stades de dégradation du cartilage. Un modèle modulable pourrait aider les chercheurs à développer des traitements ciblant des stades précis de cette dégradation.

AUTEURS