L’utilisation de greffon costal en chirurgie reconstructrice est connue et utilisée depuis longtemps et notamment en chirurgie maxillo-faciale. La greffe de cartilage costal fait partie de l’arsenal thérapeutique pour le service de Traumatologie, Orthopédie, Chirurgie Plastique et Reconstructrice du CHU de Besançon. Proposée initialement dans le traitement chirurgical de la rhizarthrose, les opérateurs de ce service, se sont progressivement appropriés cette technique et l’on utilisée pour d’autres indications traumatiques ou dégénératives pour réaliser une restauration cartilagineuse. Ainsi depuis 15 ans, en dehors de son utilisation en routine pour la rhizarthrose, ce greffon a été proposé dans l’arthrose péri-scaphoïdienne ou radio-carpienne mais aussi pour quelques cas de reconstruction post-traumatiques d’articulations digitales, de cals vicieux de radius, dans la maladie de kienböck avancée ou lors d’une perte de substance ostéo-cartilagineuse d’une tête humérale. Dans un premier temps, ce travail rapporte les différentes indications thérapeutiques et résultats cliniques de cette technique originale qui ont fait l’objet de publications scientifiques et notamment dans l’arthrose radio-scaphoïdienne débutante et dans un cas de reconstruction de tête humérale.Cette technique chirurgicale impose pour le prélévement du greffon ostéo-chondral costal, l’abord du thorax au niveau de la 8e côte en général. Les complications pleuro-pulmonaires sont très rares. La technique de prélèvement est simple mais doit être « démystifiée ». Dans ce but, le deuxième temps de ce travail propose de donner les repères topographiques et anatomiques nécessaires au prélèvement de ce greffon. Une étude anatomique complétée par une étude en radio imagerie a permis de situer la 8e jonction ostéo chondrale costale entre les processus épineux de la 11e vertèbre thoracique et la première vertèbre lombaire mais le plus souvent au niveau du processus épineux de la 12e vertèbre thoracique et au 2/3 de l’hémi périmètre thoraco-abdominal en partant du sillon médian du dos, quel que soit la morphologie thoracique, l’âge et le sexe du patient. Cette 8e jonction est de plus toujours située sous un seul muscle, le muscle oblique externe et protégée par un épais périchondre qui la protège des pédicules de l’espace inter costal, du fascia endo thoracique et de la plèvre pariétale.En chirurgie du membre thoracique, les implants de pyrocarbone utilisés dans l’arthrose radio carpienne et la rhizarthrose, avec les mêmes principes que les greffes ostéo chondrales costales, ne semblent pas donner pour le moment de résultats satisfaisants. Les cultures de chondrocytes autologues ou de cellules stromales mésenchymateuses avec des produits déjà commercialisés posent le problème de leur matrice qui doit à la fois contenir les cellules greffées, des facteurs de croissance et se substituer à la perte de substance cartilagineuse le temps de l’intégration. Enfin, au vue des résultats intéressants apportés par cette technique de greffe ostéo chondrale costale en chirurgie orthopédique du membre thoracique, il est envisagé d’éventuelles greffes ostéo cartilagineuses pour restaurer des pertes de substances cartilagineuse au membre pelvien que ce soit en situation d’urgence ou pour des situations dégénératives comme l’ostéo chondrite disséquante de genou ou au niveau de la cheville. Des tests biomécaniques doivent être réalisés pour vérifier la capacité du greffon ostéo chondral costal à supporter une mise en charge sur une articulation portante. / The use of costal graft in reconstructive surgery is known and used for a long time in maxillo-facial surgery. It is the same practice for the service of traumatologic, orthopédic, plastic and reconstructive surgery of the university hospital of Besançon. Firstly proposed in the surgical treatment of trapezo-metacarpal osteoarthritis, the operators of this service gradually appropriated this technique and used it for other traumatic or degenerative indications to restore a cartilage defect. Thus, since 15 years, this surgical technique has been proposed in trapezo-metacarpal osteoarthritis, peri-scaphoid or radio-carpal osteoarthritis, for some cases of post-traumatic fingers joint reconstruction, for malunion of distal radius, for advanced Kienbock disease and defect of osteo-cartilaginous substance of a humeral head. In a first time, this work reports the different therapeutic indications and clinical results of this original technique which have been the subject of scientific publications, especially in radio-scaphoid osteoarthritis and in a case of humeral head reconstruction.To obtain the osteo-chondral costal graft, this technique needs the surgical approach of the thorax and generally of the 8e rib. Pleuro-pulmonary complications are very uncommun. This surgical technique is simple but must be "demystified". Therefore, the second phase of this work proposes giving topographical and anatomical landmark necessary to obtain this graft. An anatomical study supplemented by a radio imaging study helped to situate the 8e osteo-chondral rib junction between the epineus process of the 11e thoracic vertebra and the first lumbar vertebra but more often at the 12e thoracic vertebra. In the thoraco-abdominal hemi perimeter, this junction was locate at the 2/3 starting from the median furrow of the back, whatever the thoracic morphology, age and sex of the patient. This 8e junction is more always located under the obliquus externus abdominis muscle and coated by a thick perichondrium which protects it from the inter costal pedicle, from the endo thoracic fascia and the parietal pleura. In surgery of upper limb, the pyrocarbon implants, used actually in radio carpal osteoarthritis and trapezo metacarpal osteoarthritis, with the same principles as the osteo chondral costal graft, do not appear to give satisfactory results. Autologous transplantation of chondrocytes or mesenchymal stromal cells cultures have problem of their matrix which must contain the grafted cells, growth factors and have to substitute for the cartilaginous defect. Finally, due to this interesting results brought by this costal osteo chondral grafting technique in orthopaedic surgery of the upper limb, we considered eventual cartilaginous transplants to restore articular defect to the lower member following a injury or a degenerative lesion such as dissecans osteo chondritis of knee or ankle. Biomechanical tests should be realised to verify the ability of the costal osteo chondral graft to support a load on a bearing joint.

Notre équipe a optimisé la formulation de dispositifs médicaux implantables pour l’ingénierie tissulaire osseuse et cartilagineuse. A ces fins, nous nous sommes basés sur des implants nanostructurés d’origine naturelle ou synthétique conçus au sein du laboratoire par la méthode d’électrospinning, pour imiter la matrice extracellulaire du compartiment osseux, et un hydrogel composé d’alginate et d’acide hyaluronique imitant la composition du compartiment cartilagineux. Dans une première partie de mon travail, pour la régénération osseuse, nous avons optimisé la formulation d’un implant nanostructuré à base de chitosane pour une accélération de cette régénération. Ceci a été possible en rendant actif ce dispositif médical implantable par incorporation de nanoparticules de silice, conférant à la construction nanocomposite des propriétés mécaniques accrues, et une excellente biocompatibilité avec le tissu hôte. Une autre étude pour la même visée a permis d’élaborer une nouvelle stratégie d’ensemencement de dispositif implantable synthétique et nanostructuré par des microtissus cellulaires, remplaçant un ensemencement de cellules isolées et permettant des performances de minéralisation accrues à l’intérieur de l’implant. Dans un deuxième temps, pour la régénération de l’unité ostéoarticulaire, nous avons proposé deux implants bi-compartimentés et hybrides comportant des microtissus de cellules souches mésenchymateuses. Ces implants sont composés d’un hydrogel contenant les cellules souches permettant la régénération du cartilage, et d’une membrane collagénique naturelle (Bio-Gide®) ou synthétique (membrane de polycaprolactone), dotée de nanoréservoirs (technologie brevetée par le laboratoire) de facteur de croissance ostéogénique (BMP-7) pour une régénération du socle osseux (os sous-chondral) de l’unité os-cartilage. La troisième partie de mon travail a concerné la vascularisation des implants osseux et particulièrement l’accélération du recrutement vasculaire. Dans ce cadre plus vasculaire, nous avons proposé une stratégie qui vise à doter un implant synthétique nanostructuré de facteur de croissance angiogénique (VEGF), puis à lui appliquer un ensemencement séquentiel de cellules mésenchymateuses adultes « ostéoblastes humains» et de cellules endothéliales humaines (HUVECs). Cette stratégie a permis un recrutement et une hiérarchisation accrue des cellules endothéliales dans l’implant. En conclusion, l’optimisation des implants développés au laboratoire permettra sans nul doute de proposer dans un futur proche de nouveaux dispositifs médicaux implantables (DMI) thérapeutique combinés de type DMI-MTI (Médicaments de Thérapie Innovante) pour l’ingénierie tissulaire osseuse et cartilagineuse en particulier en médecine régénérative ostéo-articulaire. / Our team optimized the formulation of implantable medical devices for bone and cartilage tissue engineering. To that end, we based our work on nanostructured implants, either natural or synthetic, made in the laboratory by electrospinning process, to mimic bone extracellular matrix, and hydrogel of alginate/hyaluronic acid to mimic cartilage extracellular matrix. First, concerning bone regeneration, we optimized the formulation of a nanostructured scaffold composed of natural chitosan to enhance bone regeneration. This was made possible by doping this implantable medical device with silica nanoparticles, offering this nanocomposite better mechanical properties, and excellent biocompatibility with host tissue. Another study with the same aim allowed elaborating a new cell seeding strategy, to seed these implantable medical devices with cell microtissues instead of single cells, offering higher mineralisation efficiencies within the implant. Consequently, for the regeneration of the osteochondral unit, we proposed two compartmented and hybrid implants comprising mesenchymal stem cells microtissues. Those implants are made of a hydrogel containing the stem cells, allowing the regeneration of cartilage, and a membrane, either natural (collagenic Bio-Gide®) or synthetic (electrospun polycaprolactone) equipped with nanoreservoirs (technology patented by the laboratory) of osteogenic growth factor (BMP-7) for the regeneration of osseous stand (the subchondral bone) of the bone-cartilage unit. Finally, to study the improvement in vascular recruitment, we proposed a new strategy combining the modification of an implantable device with angiogenic growth factor (VEGF), prior to its sequential seeding with mesenchymal cells “human osteoblasts” and human endothelial cells (HUVECs). This strategy allowed higher recruitment and structuration of endothelial cells within the implant. To conclude, the implant optimisation strategies developed in the laboratory will certainly allow proposing in the near future new combined Advanced Therapy Medicinal Products (ATMPs) and Implantable Medical Device for bone and cartilage regeneration, in particular in the field of osteoarticular regenerative nanomedicine.

Les NADPH oxydases, Nox, sont les principaux médiateurs de la production des espèces réactives de l'oxygène, les ROS. Ces dérivés jouent un rôle essentiel dans les cellules et les tissus en tant qu'outil bactéricide, messager de signalisation ainsi que dans l'équilibre redox. Ils sont impliqués dans les pathologies inflammatoires, et les maladies du vieillissement. Le complexe de la NADPH oxydase des phagocytes est le prototype le mieux caractérisé ; gp91-phox sous-unité b du cytochrome b558 est la flavodéshydrogénase en charge du transfert d'électron depuis NADPH jusqu'à l'oxygène qui est réduit en anion O2.-. Les gènes codant des isoformes de gp91-phox (nox 1-5) ont été identifiés récemment dans les cellules non phagocytaires suggérant l'existence d'une famille de NADPH oxydases au caractère ubiquitaire. <br /><br />Nous cherchons à analyser le rôle des radicaux oxydants dans la dégénérescence cartilagineuse de l'arthrose et la nature de l'oxydase à l'origine de la production de ces dérivés réactifs de l'oxygène.<br /><br />Des chondrocytes humains immortalisés, lignée C20-A4, expriment Nox2 (gp91-phox) et ses partenaires principalement p22-phox et p67-phox, mais également l'oxydase Nox 4. Pour déterminer quelle est l'oxydase impliquée dans la synthèse de collagènases, Nox2 et Nox4 ont été surexprimées dans les chondrocytes C20-A4. Les cellules sont soumises à un stress cytokinique, Il1b. Puis la présence de la collagènase MMP-1 est évaluée par test ELISA dans le milieu de culture. <br /><br />Les résultats montrent que Nox 2 (la NAD(P)H oxydase des phagocytes) n'est pas impliqué dans la génération des ROS. Par contre, la synthèse des radicaux oxydants à partir de O2.- est significativement augmentée après la surexpression du gène codant Nox 4 dans les chondrocytes incubés en présence d'interleukine Il1b. On observe également dans ces conditions, une augmentation (x4) de la production de la collagènase, MMP-1 ce qui conduit à penser que les réactions de protéolyse matricielle engendrées dans l'arthrose pourraient être médiées par la NAD(P)H oxydase, Nox 4, en présence d'un stress cytokinique.<br /><br />La NAD(P)H oxydase, Nox 4, est proposée comme l'un des acteurs à l'origine de la dégénérescence cartilagineuse dans l'arthrose et pourrait être considérée comme une cible thérapeutique à atteindre.