Changements matriciels dans le cartilage de l'épiphyse en développement : un événement précoce dans la pathogénie de l'ostéochondrose équine ?

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Description du développement épiphysaire du tarse et du grasset équin à l’IRM et au CT : un pas vers la compréhension de l’OCD

L’ostéochondrite disséquante (OCD) est un défaut focal du processus d’ossification endochondrale en des sites spécifiques au niveau épiphysaire. Elle est caractérisée par la présence de fragments ostéochondraux pouvant se détacher de la surface articulaire. Cette maladie a un impact majeur sur les performances athlétiques des chevaux. Les deux hypothèses principales présentement véhiculées quant à sa pathogénie sont une nécrose ischémique du cartilage de croissance et une altération du métabolisme de la matrice de collagène de type II au sein du cartilage de croissance. Malgré de nombreuses années de recherche sur le sujet, plusieurs aspects de cette maladie demeurent inconnus. L’objectif de cette étude était de décrire le développement épiphysaire équin au niveau du membre pelvien à l’aide de l’imagerie médicale afin de déterminer si des variations du processus de maturation à certains sites pouvaient être un facteur prédisposant au développement de lésions d’OCD. Des membres pelviens de fœtus et de jeunes poulains ont été étudiés post-mortem. L’épiphyse du fémur distal, tibia distal et du talus ont été examinées par tomodensitométrie (CT) et résonnance magnétique 1.5 Tesla (IRM) dans le but de documenter le degré et le patron d’ossification, la régularité du front d’ossification, de même que le pourcentage du diamètre épiphysaire demeurant occupé par le complexe de cartilage articulaire-épiphysaire, et ce au niveau de certains sites prédéterminés. Les centres secondaires d’ossification (SOCs) ont été détectés pour la première fois à 7 mois de gestation (MOG) au niveau de l’épiphyse fémorale distale et à 8 MOG au niveau de l’épiphyse tibiale distale et du talus. À 8-9 MOG la lèvre latérale de la trochlée fémorale, la malléole médiale du tibia (MM) et la partie crâniale de la crête intermédiaire du tibia distal (DIRT(Cr)), tous des sites prédisposés à la maladie, avaient le plus haut pourcentage de cartilage de tous les sites évalués. Post-partum, le pourcentage de cartilage de la MM et de la DIRT(Cr) sont demeurés importants. Le CT et l’IRM ont su illustrer le développement épiphysaire équin et soutenir d’avantage le fait qu’un cartilage plus épais à certains sites articulaires pourrait avoir un rôle dans le développement de lésions d’OCD.

Anisotropy of spin relaxation of water protons in cartilage and tendon

Transverse spin relaxation rates of water protons in articular cartilage and tendon depend on the orientation of the tissue relative to the applied static magnetic field. This complicates the interpretation of magnetic resonance images of these tissues. At the same time, relaxation data can provide information about their organisation and microstructure. We present a theoretical analysis of the anisotropy of spin relaxation of water protons observed in fully hydrated cartilage. We demonstrate that the anisotropy of transverse relaxation is due almost entirely to intramolecular dipolar coupling modulated by a specific mode of slow molecular motion: the diffusion of water molecules in the hydration shell of a collagen fibre around the fibre, such that the molecular director remains perpendicular to the fibre. The theoretical anisotropy arising from this mechanism follows the “magic-angle” dependence observed in magnetic-resonance measurements of cartilage and tendon and is in good agreement with the available experimental results. We discuss the implications of the theoretical findings for MRI of ordered collagenous tissues.

Strategies for zonal cartilage repair using hydrogels

Articular cartilage is a highly hydrated tissue with depth-dependent cellular and matrix properties that provide low-friction load bearing in joints. However, the structure and function are frequently lost and there is insufficient repair response to regenerate high-quality cartilage. Several hydrogel-based tissue-engineering strategies have recently been developed to form constructs with biomimetic zonal variations to improve cartilage repair. Modular hydrogel systems allow for systematic control over hydrogel properties, and advanced fabrication techniques allow for control over construct organization. These technologies have great potential to address many unanswered questions involved in prescribing zonal properties to tissue-engineered constructs for cartilage repair.

Multilineage differentiation potential of bone and cartilage cells derived from explant culture

To date, mesenchymal stem cells (MSCs) from various tissues have been reported, but the yield and differentiation potential of different tissue-derived MSCs is still not clear. This study was undertaken in an attempt to investigate the multilineage stem cell potential of bone and cartilage explant cultures in comparison with bone marrow derived mesenchymal stem cells (BMSCs). The results showed that the surface antigen expression of tissue-derived cells was consistent with that of mesenchymal stem cells, such as lacking the haematopoietic and common leukocyte markers (CD34, CD45) while expressing markers related to adhesion (CD29, CD166) and stem cells (CD90, CD105). The tissue-derived cells were able to differentiate into osteoblast, chondrocyte and adipocyte lineage pathways when stimulated in the appropriate differentiating conditions. However, compared with BMSCs, tissue-derived cells showed less capacity for multilineage differentiation when the level of differentiation was assessed in monolayer culture by analysing the expression of tissue-specific genes by reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) and histology. In high density pellet cultures, tissue-derived cells were able to differentiate into chondrocytes, expressing chondrocyte markers such as proteoglycans, type II collagen and aggrecan. Taken together, these results indicate that cells derived from tissue explant cultures reserved certain degree of differentiation properties of MSCs in vitro.

Tissue engineering of articular cartilage with biomimetic zones

Articular cartilage damage is a persistent and increasing problem with the aging population, and treatments to achieve biological repair or restoration remain a challenge. Cartilage tissue engineering approaches have been investigated for over 20 years, but have yet to achieve the consistency and effectiveness for widespread clinical use. One of the potential reasons for this is that the engineered tissues do not have or establish the normal zonal organization of cells and extracellular matrix that appears critical for normal tissue function. A number of approaches are being taken currently to engineer tissue that more closely mimics the organization of native articular cartilage. This review focuses on the zonal organization of native articular cartilage, strategies being used to develop such organization, the reorganization that occurs after culture or implantation, and future prospects for the tissue engineering of articular cartilage with biomimetic zones.