Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2007. / Bibliogr.: f. 71-89. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2008. / Bibliogr.: f. 76-86. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Thèse (M.Sc.) -- Université Laval, 1997. / Bibliogr.: f. 66-68. Publié aussi en version électronique.

Notre étude consistait à identifier le rôle de Porphyromonas gingivalis (P. gingivalis) dans la résorption osseuse lors des maladies parodontales. Pour ce faire, nous avons étudié l'effet de cette bactérie sur la prolifération, l'expression et la production de différentes molécules (cytokines pro-infiammatoires et régulatrices ainsi que des protéases) par les ostéoblastes infectés. Nos résultats démontrent qu'une infection avec P. gingivalis vivant à différentes concentrations diminue la prolifération cellulaire. Nous avons aussi observé une modulation de l'expression des ARNm de RANKL et d'OPG. De plus, nous avons démontré que P. gingivalis stimule l'expression et la production d'IL-6 et de MMP-2. En conclusion, nos travaux montrent que P. gingivalis peut promouvoir la résorption osseuse directement, en réduisant la prolifération ostéoblastique et indirectement, en augmentant la production de médiateurs inflammatoires.

Le vieillissement de la population augmentera l’incidence des troubles osseux, notamment les fractures ostéoporotiques, menant ainsi à des pertes osseuses de taille critique. La méthode privilégiée afin de combler ces pertes, l’autogreffe, comporte cependant des limitations. L’une des alternatives étudiées est l’utilisation de matériaux biomimétiques. Afin d’optimiser la régénération osseuse, les biomatériaux doivent interagir avec le tissu environnant. Ainsi, ces matériaux peuvent être fonctionnalisés avec des peptides d’adhésion, le peptide Arg-Gly-Asp (RGD) étant l’une des séquences les plus fréquemment utilisées. De plus, afin de favoriser la différenciation des cellules en ostéoblastes, l’utilisation de facteurs de croissance tels que les protéines morphogénétiques osseuses (BMPs) s’avère efficace, la BMP-2 et la BMP-7 étant approuvées par la Food and Drug Administration pour des applications commerciales de régénération osseuse. La BMP-9 a montré avoir un potentiel ostéogénique supérieur à ces dernières. Par contre, peu d’études portent sur l’influence des peptides d’adhésion sur la réponse des cellules aux BMPs. Ce projet de maîtrise a donc pour principal objectif d’étudier l’impact d’un film de polycaprolactone (PCL) fonctionnalisé par des peptides d’adhésion dérivés de la sialoprotéine osseuse (PCL-pBSP) ou de la fibronectine (PCL-pFibro) sur la réponse de cellules souches mésenchymateuses (MSCs) C3H10T1/2 à la BMP-9 et à ses peptides dérivés (pBMP-9 et SpBMP-9). En effet, les BMPs étant coûteux à produire et purifier, des peptides dérivés moins dispendieux ont été développés. Le premier volet de ce mémoire consiste en une revue de la littérature qui vient d’être acceptée dans le journal Frontiers in Bioscience. Le tissu osseux, le processus de réparation osseuse et les types d’interactions entre les cellules osseuses et les biomatériaux y sont décrits. Elle présente aussi le processus de différenciation ostéogénique des MSCs afin d’identifier les molécules pouvant être utilisées dans le développement de matériaux biomimétiques en plus de décrire les plus récents matériaux biomimétiques fonctionnalisés par des peptides d’adhésion utilisés conjointement avec des facteurs de croissance. Le deuxième volet décrit les résultats expérimentaux obtenus qui font l’objet d’un article soumis dans le journal Acta Biomaterialia. Il a été démontré que le PCL-pFibro par rapport au PCL-pBSP permettait une meilleure organisation du cytosquelette des C3H10T1/2 et une activation plus rapide de la focal adhesion kinase, protéine impliquée dans l’adhésion cellulaire. De plus, les 2 films de PCL fonctionnalisés ont montré un effet contraire au niveau de la signalisation JNK; le PCL-pFibro l’activait tandis que le PCL-pBSP l’inhibait. Or JNK est indispensable à la différenciation ostéogénique des C3H10T1/2 induite par la BMP-9. Suite à une stimulation des MSCs par la BMP-9 ou ses peptides dérivés, les C3H10T1/2 adhérant sur le PCL-pFibro ont montré une activation et une translocation nucléaire des Smad1/5/8 plus importantes que sur PCL-pBSP. À plus long terme, l’expression de Runx2, marqueur de la différenciation ostéogénique des MSCs, était plus importante sur PCL-pFibro que sur PCL-pBSP. En conclusion, ces travaux ont permis de démontrer le potentiel du PCL-pFibro comme matériau biomimétique capable d’induire une signalisation intracellulaire favorable à l’action de la BMP-9 et de ses peptides dérivés dans un processus de différenciation ostéogénique des MSCs. Ce matériau pourrait donc être prometteur dans une stratégie de réparation des pertes osseuses en combinaison avec le pBMP-9 ou SpBMP-9.

La goutte est une maladie inflammatoire avec dépôt de cristaux d'urate de sodium au niveau de l'articulation. Au cours de ce projet, nous avons démontré que les cristaux en contact avec l'os avaient une interaction fonctionnelle. Cette interaction modifie de façon significative certaines fonctions de formation de l'ostéoblaste telle la production de phosphatase alcaline et l'ostéocalcine, ainsi que la sécrétion de certains éléments impliqués dans la régulation du remodelage tel la PGE2> l'IL-6 et l'IL-8. L'interaction cristaux-ostéoblastes modifie aussi l'adhérence des neutrophiles, premières cellules arrivées au site inflammatoire, aux ostéoblastes.

Le squelette oral est particulier dans l'organisme par la diversité des tissus minéralisés dentaires et osseux qui le compose. La première partie de ce travail porte sur les patrons d'expression d'effecteurs de la biominéralisation (calbindine-D28k, phosphatase alcaline et amélogénine) au cours de l'amélogénèse sur notre modèle de l'incisive à croissance continue de rongeur et avec une série de techniques adaptées à l'étude des tissus minéralisés. Les résultats montrent que les patrons d'expression de ces effecteurs sont contrôlés de façon singulière dans les cellules dentaires à des phases critiques pour la formation du tissu. Ces données sont accompagnées par des résultats sur les protéines de la matrice extracellulaires spécifiques de chacun des tissus, émail, dentine et os. La deuxième partie de ce mémoire est basée sur la découverte de niveaux d'expression importants des protéines amélaires dans l'os, par RT qPCR, alors que des études classiques considéraient que l'amélogénine, l'améloblastine et l'énaméline sont spécifiques des tissus dentaires. Nous avons revisité l'expression des protéines de l'émail comparativement dans les tissus minéralisés des maxillaires et du squelette axial. Nos résultats montrent que le tissu osseux des mâchoires se singularise par une expression des protéines de l'émail.

L'ingénierie tissulaire osseuse est une branche de la médecine régénératrice. Le «concept diamant» avec ses quatre éléments fondamentaux permet d'approcher les problèmes actuels de la création d'un tissu osseux au laboratoire. Les facteurs de croissance s'avèrent la clé de voûte qui permet la stimulation des cellules souches. Le développement d'un tissu osseux passe par une succession d'évènements cellulaires dictés par des facteurs de croissance et implique la prolifération, la différenciation et la minéralisation. Les travaux présentés dans cette thèse, de part 1 'utilisation de techniques in vitro, me permettent de dire que: 1) J'ai démontré que le facteur EGF stimule la prolifération des ostéoblastes et que son effet est amplifié par les facteurs BMP-2 et BMP-7. Aussi, la formation de nodules à 28 jours est fortement réduite en présence de l'EGF. Ainsi, l'EGF est un facteur d'intérêt dans les stades précoces mais moins dans les évènements tardifs, comme au moment de la formation de nodules minéralisés. 2) J'ai identifié les voies de signalisation ERKl/2, JNKl/2 et SMADs qui régissent la prolifération dans des cultures d'ostéoblastes dérivés de cellules humaines souches pulpaires (hDPSCs) différenciées, par une co-stimulation avec le FGF-2 et la BMP-2. L'analyse génique et protéinique de l'ostéocalcine (OST), de la phosphatase alcaline (ALP) et du marqueur Runx-2 ont permis de mieux comprendre la différenciation cellulaire des hDPSCs dans un milieu de culture à différenciation ostéoblastique composé d'acide ascorbique, de dexaméthasone et de β-glycérophosphate. 3) J'ai fait la démonstration que le FGF-2 est un facteur ostéogénique précoce qui favorise la croissance des ostéoblastes plutôt qu'un facteur tardif impliquant la différenciation et la minéralisation. De fait, la formation de nodules à 28 jours était fortement réduite en présence du FGF -2. En marge des expériences au laboratoire, j'ai proposé un bioréacteur hypothétique que j'ai nommé « IV2B2TEC », il est breveté de manière provisoire, et il intègre les 4 éléments conceptuels en ingénierie tissulaire osseuse.

Cette recherche visait à étudier les interactions cellules-cellules qui interviennent entre les cellules du PRP, les cellules endothéliales et les ostéoblastes dans un modèle de co-culture in vitro. Ainsi, des quantités de PRP ou de surnageants de PRP, activés par l'ajout de TRAP-6 ou non, ont été ajoutées à des cellules endothéliales ou des ostéoblastes, séparés par une membrane semi-perméable et la prolifération cellulaire mesurée par une méthode colorimétrique. Les résultats obtenus montrent que les surnageants de PRP et les PRP sont mitogéniques pour les cellules endothéliales et pour les ostéoblastes en mono-culture. Cependant, l'effet mitogénique en co-culture n'est observé qu'en présence de surnageant de PRP et ce, uniquement sur la croissance des cellules endothéliales, suggérant un mode de régulation de la division cellulaire distinct de ces deux lignées cellulaires.

L'activité cellulaire répond à la stimulation électrique (SE). Le but de cette thèse était le développement d'un composite multifonctionnel et l'étude de la réponse des ostéoblastes à la SE transmise par un tel composite. Les objectifs spécifiques étaient les suivants: a) synthèse des particules de haute conductivité en polypyrroles (PPy) avec des rendements élevés en contrôlant la taille et la régularité moléculaire; b) bioactivation des particules PPy par dopage à l'héparine (HE); c) préparation de composites multifonctionnels électriquement stables et présentant une haute affinité biologique; d) étude de la prolifération et de la minéralisation des ostéoblastes sur un échafaudage conducteur sous SE. Le chapitre I résume les phénomènes bioélectriques chez l'humain à différents niveaux, les mécanismes possibles de l'action de l'électricité sur les cellules, et l'étude de la SE en génie tissulaire osseux. Ce chapitre propose également une revue critique des différentes techniques et des différentes méthodologies de SE utilisées pour des études environnementales, scientifiques et pour les soins cliniques. Les hypothèses et les objectifs de la thèse sont présentés. Le chapitre II décrit la synthèse des nanoparticules en PPy par polymérisation en emulsion en utilisant le réactif de Fenton comme oxydant. Ces nanoparticules présentent une morphologie polygonale creuse, avec une épaisseur approximative de 50 nm et un diamètre de 400-500 nm. Les caractéristiques cristallines de ces nanoparticules ont été démontrées. Un mécanisme plausible de synthèse est proposé. Le chapitre III rapporte la bioactivation des particules en PPy en utilisant F héparine (HE) comme dopant, la préparation d'une membrane conductrice biodégradable, et la culture de fibroblastes sur ces membranes. Le dopage avec HE améliore la stabilité électrique de la membrane conductrice et augmente l'adhésion et la prolifération de cellules. Le chapitre IV démontre que la SE induite par la membrane conductrice peut moduler l'activité des ostéoblastes et accélérer la formation osseuse. Un champ électrique optimal de 200 mV/mm avec une durée de stimulation entre 2 et 8 h a favorisé la prolifération des ostéoblastes et augmenté l'expression et la production de ses marqueurs spécifiques de maturation (ALP) et de minéralisation (CO). Le chapitre V présente une discussion générale, le sommaire des conclusions et les perspectives de recherche pour le futur. L'implication de ces travaux en génie tissulaire et en santé humaine est également abordée.