Etude du front de minéralisation du tissu osseux et des modèles biomimétiques associés

Axe 1 - Biominéralisation

Thèse de Marc Robin

Soutenue le jeudi 27 octobre 2016 à 14h
Amphithéâtre Charpak, rdc Tour 22
Université Pierre et Marie Curie
4 place Jussieu, Paris 5^e

Co-tutelle

Laboratoire Chimie de la Matière Condensée de Paris (LCMCP) sous la direction de Guylène Costentin
Laboratoire de Réactivité de Surface (LRS) sous la direction de Nadine Nassif

Résumé

Les travaux réalisés durant cette thèse ont pour but de répondre à deux questions :

Comment et où le collagène s’organise-t-il pour former le contreplaqué torsadé observé dans l’os mature ?
Comment la phase minérale de l’os se forme-t-elle et quel est l’effet de son environnement sur sa formation ?

Ainsi, nous nous sommes attachés à étudier d’un point de vue structural des coupes d’os en nous concentrant sur l’interface entre le tissu ostéoïde et l’os mature, impliquant le front de minéralisation. Ces observations nous ont conduits à conclure qu’un domaine acide fait de collagène non fibrillaire existe à cette interface.

Nous proposons un mécanisme issu de cette observation pour la formation osseuse lors du remodelage osseux :

après dissolution du tissu par les ostéoclastes, une substance acide subsiste
les fibrilles de collagène non minéralisé néoformées par les ostéoblastes se dissolvent dans ce domaine acide,
l’ajout continu de collagène entraine l’augmentation de sa concentration ce qui induit les propriétés lyotropiques du collagène démontrées in vitro,
le pH neutre du flux extracellulaire ainsi que des NCPs entrainent la formation des fibrilles ainsi que la précipitation d’apatite osseuse.

L’apatite osseuse est ainsi formée à partir d’un environnement acide et en présence de molécules organiques comme le collagène mais également le citrate et des protéines non collagéniques.

Nous avons étudié l’effet de cet environnement acide sur la formation d’apatite in vitro. Pour ce faire, nous avons étudié par Raman in situ et RMN du solide la formation d’apatite biomimétique dans différentes conditions. Nous avons observé que la séquence de précipitation de l’apatite seule en solution passe par la formation d’une phase amorphe (ACP) qui se transforme en OCP puis en apatite. En présence de polyaspartate, la séquence est identique mais la nucléation est ralentie et l’OCP ne se transforme pas totalement en apatite. Une grande concentration en citrate inhibe la formation de toute autre phase que l’ACP tandis qu’une plus faible concentration entraine la formation d’apatite directement depuis l’ACP. Cette séquence ACP/apatite est également observée lorsque la minéralisation est réalisée en présence de collagène quelle que soit sa concentration. En revanche, le collagène entraine la formation d’une apatite beaucoup plus désorganisée dont la cristallinité est proche de celle de l’apatite osseuse. Enfin, le confinement induit par une concentration en collagène supérieure à 80 mg/mL mène à la stabilisation d’une phase ionique dense stable à pH basique durant les 72 premières heures de la synthèse pouvant expliquer le co-alignement apatite/collagène observé à la fin de la synthèse.

Publications

Marc Robin, Claudia Almeida, Thierry Azaïs, Bernard Haye, Corinne Illoul et al.
Involvement of 3D osteoblast migration and bone apatite during in vitro early osteocytogenesis
BONE, Elsevier, 2016, 88, pp.146-156.
DOI : 10.1016/j.bone.2016.04.031
Ref HAL : hal-01313068v1

Autres publications MATISSE liées directement au projet

Camila B Tovani, Alexandre Gloter, Thierry Azaïs, Mohamed Selmane, Ana P Ramos, Nadine Nassif
Formation of Stable Strontium-Rich Amorphous Calcium Phosphate: Possible Effects on Bone Mineral
Acta Biomaterialia 2019, 92, 315-324.
DOI : 10.1016/j.actbio.2019.05.036
Ref HAL : hal-02264838v1
Stanislas Von Euw, Yan Wang, Guillaume Laurent, Christophe Drouet, Florence Babonneau, Nadine Nassif, Thierry Azais
Bone mineral: new insights into its chemical composition
Scientific Reports 2019, 9:8456.
DOI : 10.1038/s41598-019-44620-6
Ref HAL : hal-02155237v1