Implication de la vascularisation osseuse dans l'ostéogénèse induite par la parathormone et les contraintes mécaniques de faible amplitude et de haute fréquence – VASCOS

Contexte et objectifs: La vascularisation osseuse est un élément à la fois limitant et promoteur de l'ostéogénèse dont le rôle, en dehors de la croissance et la réparation des fractures, n'est pas bien décrit. Parmi les traitements actuels de l'ostéoporose, seule la parathormone (PTH) est capable de stimuler la formation osseuse de façon significative. Les contraintes mécaniques, et notamment celles de hautes fréquences et basse amplitude (HF-BA), appliquées de façon adaptée, au squelette, sont, elles aussi, ostéogéniques. Néanmoins, les mécanismes d'action de ces deux types de stimuli bénéfiques pour la masse osseuse, sont encore mal connus alors que l'on sait qu'ils interfèrent in vivo. En effet, les effets anaboliques de la PTH ne peuvent s'observer que si le squelette est soumis à des contraintes mécaniques et les contraintes mécaniques ne sont ostéogéniques qu'ne présence de PTH. Ces stimuli (hormonal et mécanique) induisent tous deux in vitro l'expression par les ostéoblastes du VEGF, un facteur de croissance angiogénique. Nous avons montré in vivo que le blocage de la voie de signalisation du VEGF prévient l'angiogénèse osseuse et le gain osseux induit par les contraintes mécaniques (exercice physique). Dans ce contexte, nous allons comparer les effets osseux et vasculaires de trois types de régimes ostéogéniques: PTH, HF-BA ainsi que l'association des deux (PTH+HF-BA) chez le rat mâle adulte de 5 mois. L'implication du VEGF sera testée en administrant des anticorps bloquants anti-VEGF. Notre hypothèse de travail est que les contraintes mécaniques sont synergiques avec la PTH car elles procurent un microenvironnement favorable à l'action anabolique de la PTH en agissant sur la vascularisation osseuse. A coté des données histologiques du réseau vasculaire osseux (RVO), nous développerons une méthode permettant d'imager et de quantifier ce RVO en trois dimensions. Actuellement, l'analyse du RVO est histologique et très peu de données 3D sont disponibles Nous nous proposons d'utiliser la micro-tomographie (µCT) 3D et en particulier la µCT synchrotron. Le défi technique est d'imager simultanément deux réseaux de topologie très complexe et fortement imbriqués, dont certains éléments (vaisseaux) ont un diamètre <5µm. Des travaux histologiques préliminaires ont déjà permis de tester l'hypothèse que des changements de niveaux métaboliques modifiaient le RVO, ce qui précédait les variations de masse osseuse. Nous avons optimisé les conditions d'injection afin d'opacifier le RVO (sulfate de baryum) et la faisabilité de son imagerie par µCT synchrotron (à 5µm de résolution) a été prouvée. Méthodologie: Ce projet comportera quatre tâches principales : -1- Expérimentations animales (INSERM E366): nous utiliserons 4 groupes de rats Wistar: un groupe contrôle (n=10), un groupe traité par PTH 1-34 (50µg/kg/j, 5J/7), un groupe soumis aux HF-BA (50Hz, 10 min/j 5j/7) et un groupe traité par PTH 1-34 + HF-BA (n=20/ groupe), la durée de ces différents traitements sera de 21j. La moitié des rats de chaque groupe (n=10) sera traitée par anticorps anti VEGF par voie IP (10µg/ rat, 3 jours par semaine). Après le sacrifice, le réseau vasculaire osseux sera perfusé avec du sulfate de baryum. -2- Imagerie des tibias droits non décalcifiés par µCT synchrotron sur la ligne ID19 de l'ESRF (Grenoble), et des tibias gauches après décalcification par µCT 3D conventionnelle (Scanco, plateforme ANIMAGE) -3- Analyse des images obtenues: (Creatis). Cela comprendra le développement d'une méthode de segmentation du RVO (difficile car l'image souffre d'effets de volume partiel et les réseaux osseux et vasculaire ont des topologies complexes et imbriquées) puis une étape de quantification de ce réseau 3D. En particulier, on cherchera à développer une méthode de croissance de région travaillant à la fois sur les deux structures. Il sera alors nécessaire de définir un critère pour l'appartenance à chaque région, ainsi qu'un critère mixt3D e faisant interveni..