Le tissu osseux se forme lors de la squelettogenèse qui débute par la condensation de cellules mésenchymateuses. Puis selon le type d’os à construire, os long ou os plat, la formation osseuse progresse via deux mécanismes différents nommés ossification membranaire ou endochondrale. L’ossification membranaire se fait en une seule étape de différenciation directe des cellules condensées en ostéoblastes alors que l’ossification endochondrale se fait en deux étapes : la formation de cartilage précède la néo-ostéogenèse. Ces deux mécanismes s’appliquent aux cellules multipotentes, les CSM, qui donneront donc les cellules du cartilage (chondrocytes) et les cellules capables de synthétiser la matrice osseuse, les ostéoblastes (pour revue, voir [ 1]). Ces CSM sont visibles lors de la squelettogenèse en périphérie des structures condensantes (périchondrales ou ostéales). Cette capacité d’ossification endochondrale et membranaire est conservée tout au long de la vie d’un individu du stade fœtal au stade adulte, y compris chez le sujet même très âgé (bien qu’avec semble-t-il une moindre efficacité). Ainsi, il est possible d’utiliser les CSM comme cellules réparatrices dans certaines pathologies du tissu osseux comme l’ostéoporose (qu’elle soit liée à l’âge ou non), les défauts de consolidation après une fracture, les pertes importantes de substance osseuse (post-traumatique ou à la suite d’une exérèse tumorale), les maladies d’origine génétique comme l’ostéogenèse imparfaite (OI ou maladie des os de verre), les ostéonécroses, etc. Le but est donc de reconstituer un tissu osseux fonctionnel assurant pleinement ses différents rôles dans le métabolisme du calcium, le support d’organes et comme niche d’un certain nombre de cellules souches et progéniteurs adultes (cellules souches hématopoïétiques, progéniteurs endothéliaux, progéniteurs vasculaires).

Les CSM cultivées offrent plusieurs aouts : la population est pure et il est possible d’obtenir un très grand nombre de cellules dans des conditions sécurisées de grade clinique [ 9, 19] (→). Les expériences in vitro comme in vivo chez l’animal démontrent qu’elles sont capables de régénérer le tissu osseux seules ou accompagnées de supports biocompatibles [ 20] (→→).

(→) Voir l’article de L. Sensebé et P. Bourin, page 297 de ce numéro

(→→) Voir l’article de C. Vinatier et al., page 289 de ce numéro

Cependant, les études chez l’homme se font plus rares et une bonne partie étaient compassionnelles. Parmi les études, il faut retenir celle effectuée en plusieurs étapes par l’équipe d’Horwitz pour traiter des enfants atteints d’ostéogenèse imparfaite [ 10, 11]. Ces enfants ont d’abord été traités par injection de moelle osseuse allogénique puis ultérieurement par des CSM cultivées et génétiquement modifiées pour intégrer un gène rapporteur. À chaque traitement, des améliorations significatives du tableau clinique des patients ont été observées : augmentation de croissance, augmentation de la densité osseuse et diminution des fractures. Ce type de protocole a également été utilisé pour traiter un fœtus de 32 semaines atteint d’OI, les CSM allogéniques amplifiées ex vivo étant injectées in utero [ 12]. Cet enfant, à 2 ans, a une croissance similaire à celle d’un enfant sain de même âge.

Un élément qui doit être pris en compte est la dureté du tissu osseux. La perte, même partielle, de ce matériel doit être compensée par un apport de biomatériaux capables de servir de support aux cellules mais capables aussi de supporter certaines contraintes mécaniques. La perte de substance osseuse peut être compensée par l’ajout simultané de biomatériaux et de CSM cultivées, ou de cellules ostéoblastiques (issues de CSM dont la différenciation a été induite in vitro). Le premier essai chez l’homme a été réalisé chez trois patients ayant eu des pertes de substance osseuse à la suite de divers traumatismes. Des CSM autologues amplifiées in vitro ont été ajoutées à un biomatériau (hydroxyapatite) puis greffées, ce qui a permis aux patients une bonne reconstitution des membres atteints [ 13].

Cependant, il n’y a pas eu, dans cette étude, de témoins contrôles traités par le biomatériau seul, sans CSM. De façon similaire, des essais de reconstitution de mâchoire ont été tentés. Notamment, Warnke et al. ont confectionné un implant ostéorégénératif composé de CSM sur un support titane/hydroxyapatite imbibé de facteur ostéogénique recombinant humain BMP-7 (bone morphogenetic protein) [ 14]. Ce protocole est une résultante de la motivation des chirurgiens maxillo-faciaux à introduire ces nouvelles technologies dans leur pratique, notamment pour reconstruire la mâchoire, le tissu périodontal ou pour l’ostéoplastie de fentes palatines [ 15, 16].

Dans d’autres études, des CSM cultivées in vitro ont été utilisées pour combler des pertes de substances consécutives à des procédures d’allongement de membres ou de résection de tumeurs [ 17, 18]. Dans l’ensemble les résultats sont encourageants mais ils restent insuffisants, notamment dans la conduite d’essais rigoureux, ce qui rend difficile les analyses à court et à long terme. Le développement de protocoles cliniques associant CSM cultivées et biomatériaux un peu partout dans le monde, notamment en Europe, nous permettra sans doute de répondre à un certains nombre de questions et surtout contribuera à améliorer notre prise en charge des pathologies du tissu osseux.