Reconstruction crânienne à l'aide de cellules stromales mésenchymateuses et de biomatériaux résorbables

Contexte : Des défauts osseux crâniens sont souvent laissés après une chirurgie cérébrale, généralement pour permettre au gonflement du cerveau de se rétablir avant de réimplanter ultérieurement une enveloppe protectrice du cerveau (cranioplastie). Ces procédures sont effectuées n'importe où sur la voûte crânienne, unilatéralement ou bilatéralement. Le morceau d'os d'origine (plaque osseuse autologue = lambeau osseux) est placé dans un récipient stérile et stocké au réfrigérateur à une température de -40 oC.

Des semaines ou des mois plus tard, lorsque le cerveau est détendu, le cuir chevelu bien guéri et que l'état de santé du patient le permet, l'individu est ramené en salle d'opération et l'os est réimplanté (une procédure connue sous le nom de cranioplastie autologue). Le but de la procédure est de restaurer l'esthétique et la protection du cerveau sous-jacent et elle peut parfois aussi améliorer les symptômes neurologiques par des mécanismes inconnus. Malheureusement, ces objectifs ne sont pas toujours atteints et bien que techniquement simple, la procédure est connue pour être associée à un certain nombre de complications. Deux des plus importants d'entre eux sont l'infection (telle que le lambeau osseux doit être retiré et remplacé) et la résorption (telle que la fonction protectrice est compromise). Dans l'ensemble, 10 % des patients présentant un os autologue sont infectés, 10 % nécessitent un remplacement en raison d'une résorption et 12 % deviennent significativement résorbés, puis dans 32 % des cas, l'os autologue a échoué.

Dans chaque cas d'échec de la cranioplastie, le patient nécessite une réadmission, une deuxième opération pour enlever le lambeau osseux, une antibiothérapie prolongée (en cas d'infection), puis une nouvelle plaque sur mesure et une réadmission pour une troisième intervention chirurgicale.

Dans la plupart des cas, des matériaux synthétiques tels que le polyméthacrylate de méthyle et le treillis en titane sont utilisés pour la reconstruction. Généralement, la reconstruction est effectuée par le chirurgien en utilisant de tels matériaux pour sculpter la cranioplastie. Plus récemment, des plaques de titane hydroformées ont été utilisées. Cela implique un processus de tomodensitométrie du défaut, de reconstruction virtuelle, d'impression 3D de moules, de pressage de la plaque et de finition à la main. Bien qu'elle ait réussi à traiter plus de 150 patients, la cranioplastie en titane reste dans le patient à vie et, en tant que matériau non biologique, se présente comme un site préférentiel d'infection (environ 5 % des cas). De plus, les images CT médicales pour l'évaluation et le traitement des affections neurologiques sont compromises à vie en raison d'artefacts métalliques provenant des plaques. De plus, les interférences avec les équipements de balayage des métaux couramment utilisés à des fins de sécurité restent également un problème à vie. Les patients porteurs d'une cranioplastie en titane infectée nécessitent une quatrième admission pour retirer la plaque métallique ou polymère, un traitement antibiotique prolongé puis une cinquième intervention chirurgicale pour réinsérer une nouvelle cranioplastie.

Cellules stromales mésenchymateuses (MSC) : les MSC sont des cellules adultes multipotentes capables de différencier plusieurs lignées mésenchymateuses. Ce sont des cellules adhérentes de type fibroblastoïde avec une grande capacité d'expansion. Ils résident dans le tissu conjonctif de la plupart des organes et ont été isolés de la moelle osseuse, du placenta, du tissu adipeux, du cordon ombilical, du liquide amniotique, du sang circulant, de divers tissus fœtaux, de la synovie des muscles squelettiques, de la pulpe dentaire, du foie, de la rate, des poumons et du derme. La plupart des travaux se sont concentrés sur les CSM dérivées de la moelle osseuse, cependant, il existe également des rapports cliniques utilisant du tissu adipeux et des CSM dérivées du placenta. Les CSM provenant de différentes sources peuvent ne pas être fonctionnellement équivalents ou présenter le même potentiel de différenciation. Les principales fonctions des CSM dérivées de la moelle osseuse en ce qui concerne la présente étude sont la capacité de différencier la lignée ostéogénique. C'est cette capacité de différenciation qui les a vus appliqués aux pseudarthroses osseuses et au traitement des déficits squelettiques osseux de taille critique, et en particulier à la reconstruction des vides crâniens. Dans la proposition actuelle, les thérapies cellulaires et tissulaires W.A. au Royal Perth Hospital ont une vaste expérience et ont demandé une licence TGA (Therapeutics Goods Administration, l'autorité de réglementation du gouvernement australien) pour fabriquer et fournir des MSC pour le traitement des patients.

Les MSC ne sont pas immunogènes et échappent à la reconnaissance par les cellules T alloréactives et les cellules NK. Ils ont une faible expression de HLA de classe I et aucune expression de HLA de classe II. Ils n'expriment pas de molécules co-stimulatrices et sont incapables d'induire une réponse immunitaire médiée par les lymphocytes T, et peuvent donc être utilisés comme cellules donneuses universelles. Les cellules allogéniques ont été largement utilisées dans les essais cliniques à la fois pour la modulation immunitaire et la réparation des tissus. L'avantage d'utiliser des cellules allogéniques est que l'âge du donneur peut être contrôlé. La littérature indique que les CSM récoltées chez des donneurs âgés de plus de 40 ans sont inférieures. Étant donné que de nombreux patients traités par cranioplastie ont plus de 40 ans, l'utilisation de cellules allogéniques dans cette étude est préférable. Les essais cliniques humains et les études animales appuient l'utilisation de cellules allogéniques.

Cranioplastie : Le département de génie médical et de physique du Royal Perth Hospital est un leader mondial dans la fourniture d'implants sur mesure et fournit des cranioplasties en titane sur mesure depuis quinze ans. La méthodologie de base qui a été utilisée pour traiter plus de 150 patients comprend la reconstruction du vide à l'aide d'un logiciel avancé basé sur le scanner du patient. Une fois le vide reconstruit, un moule femelle est créé pour presser la plaque de titane. La plaque est ensuite finie à la main et vérifiée pour son montage sur un modèle défectueux préfabriqué.

Biocéramique : Les biocéramiques résorbables telles que l'hydroxyapatite et le phosphate tricalcique bêta sont utilisées dans le traitement du déficit osseux depuis de nombreuses années. Par exemple, le substitut de greffe osseuse ChronOS (Synthes GmbH, Oberdorf) est un substitut de greffe osseuse entièrement synthétique et résorbable constitué de phosphate tricalcique bêta avec une résistance à la compression similaire à celle de l'os spongieux. La porosité interconnectée agit comme une matrice ostéoconductrice pour la croissance des cellules osseuses et des vaisseaux sanguins. De tels matériaux sont utilisés pour combler des défauts osseux après un traumatisme, une reconstruction ou une correction dans des indications non porteuses et couramment ces matériaux prescrivent une méthode de perfusion des granules dans la salle d'opération avec la propre moelle osseuse du patient. Il a été démontré que la résorption des biocéramiques se produit sur une période de 6 à 18 mois (Buser 1998).

Échafaudage polymère : Il existe une myriade de matériaux polymères utilisés pour la chirurgie, y compris dans le domaine de la chirurgie cranio-maxillo-faciale. Le polymère le plus courant est le poly(acide lactique). Le PLA tel que le poly(L-lactide-co-D,L-lactide) 70:30 est fabriqué à partir d'un copolymère biodégradable amorphe qui finira par se résorber in vivo. Les matériaux biocéramiques et polymères sont approuvés par la TGA pour cette indication.