Traitement des osteonecroses par injection de cellules souches El tratamiento de la osteonecrosis mediante la inyección de células madre

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1 Traitement des osteonecroses par injection de cellules souches El tratamiento de la osteonecrosis mediante la inyección de células madre Ph. HERNIGOU Hospital Henri Mondor; University of Paris ; France philippe.hernigou@wanadoo.fr

2 Traitement des osteonecroses par injection de cellules souches (25 ans) > 2000 hips Traitement des os injection de ce El tratamiento de la ost inyección de c

3 Tête femorale normale Hernigou JBJS A 1997 JBJS B 1999 Homma Y, Kaneko K, Hernigou Int Orthop ±264 MSCs / cm³ pour un volume de 50 cm³, MSCs : approximation MSCs presentdans une tête femorale cible minimum recherchée pour le traitement

4 Diminution des cellules souches dans la tête femorale des osteonecroses Hernigou P, Decrease in the mesenchymal stem-cell pool in osteonecrosis. J Bone Joint Surg ; Br 1999;81: Calder JD, The extent of osteocyte death in the proximal femur of patients with osteonecrosis. J Bone Joint Surg Br 2001;83: Gangji V, Abnormalities in the replicative capacity of osteoblastic cells in osteonecrosis of the femoral head. J Rheumatol Suh KT, Kim SW, Roh HL, Youn MS, Jung JS Decreased osteogenic differentiation of MSCs. Clin Orthop Relat Res 2005;431: Chang JK, Ho ML, Yeh CH, Chen CH, Wang GJ Osteogenic gene expression decreases in stromal cells of patients with osteonecrosis. Clin Orthop Relat Res : Lee JS, Lee JS, Roh HL, Kim CH, Jung JS, Suh KT. Alterations in the differentiation ability of mesenchymal stem cells in patients with nontraumatic osteonecrosis of the femoral head: comparative analysis according to the risk factor. J Orthop Res 2006;24:

5 TETE FEMORALE NORMALE Volume MSCs 3 = 65 cm 3 = 700 / cm Total : MSCs

6 OSTEONECROSES - Necrose MSCs = 0 - A distance MSCs = 200 / cm 3 Total < 3000 MSCs

7 AUTOGREFFE DE MOELLE OSSEUSE ASPIRATION 2. CENTRIFUGATION 3. REINJECTION 3

8 Prélèvements sur les crêtes iliaques

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11 TRI CELLULAIRE ET CENTRIFUGATION (400G)

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13 Abord transtrochantérien avec une tréphine de 3 mm

14 Resultats Hernigou P et al : Clin Orthop Relat Res 2002:14 23 Hernigou P et al : Operative techniques in orthopedics 2004; 14; n 2: Hernigou P et al : Indian J Orthop 2009;43:40 5. Gangji V et al : J Bone Joint Surg Am 2004;86-A: Gangji V et al : Bone 2011;49: Kawate K et al : Organs 2006Volume 30, Issue 12, pages Liu Y er al : Orthop Trauma Surg 2013; 133:125 Yamasaki Tet al : J Bone Jt Surg Br 2010;92:

15 Osteonecroses Reparation apres greffe de cellules souches Stades I and II Evaluation radiologique et par IRM: Qualitative : evolution du signal Quantitative :evaluation volumetrique evaluation de larevascularisation Qualitative : aspect macroscopique Quantitative evaluation de la neo-revascularisation (3D angiographie)

16 Evolution Durant la phase de résolution, des modifications du signal en IRM ont été observées dans le territoire de l'ostéonécrose, avec un hyposignal en T1 avant un retour à un normosignal graisseux s'accompagnant de la disparition de la bande sinueuse marginale qui entoure l'ostéonécrose

17 Résultats: hanches montrent au recul maximum une disparition presque totale du signal sur l'irm 22 ans une image cicatricielle avec un hypo-signal en T1 reste présente sans signal sinueux périphérique

18 Condensation radiologique

19 Quantitative: Regression sur IRM : regression volumetrique 157 hanches sans collapsus : 10 ans volume pre-operatoire : 25.2 cc (12 to 31 cc). volume post-operatioire : 9 cc (0 to 16 cc) pre op 38.4 % du volume Post op: 13.8 %

20 evaluation de la revascularization Aspect macroscopique Même patient : necrose bilaterale Forage seul Forage + cellules

21 revascularisation evaluation quantitative: microangiographie Forage seul

22 revascularisation evaluation quantitative: microangiographie Forage+ cellules

23 Micro angiographie Forage seul Forage + cellules

24 Guérison de l osteonécrose? Quel nombre et quelle concentration De cellules souches?

25 Volume de réparation

26 Volume de réparation Nb de progeniteurs: CFU-F/cm3 1 osteoblast : micro m3 1cm3 d os néoformé = 200 millions d osteoblastes

27 Nb de divisions des cellules souches? Combien de mitoses pour obtenir 200 millions d osteoblastes? In vitro limites avant senescence :25 to 50 mitoses 16 mitoses CFU-Fx2^16=200 millions

28 Quantitative: Regression sur IRM : regression volumetrique 157 hanches sans collapsus : 10 ans volume pre-operatoire : 25.2 cc (12 to 31 cc). volume post-operatioire : 9 cc (0 to 16 cc) pre op 38.4 % du volume Post op: 13.8 % MSCs per cc Total: MSCs

29 Autres techniques Ingenierie tissulaire PRODUCTION CELLULAIRE Expansion par culture : Cellules allogeniques Therapie Genique MODE D ADMINISTRATION Directlement dans l os Intra-arteriel injection intraveineuse pour necroses multifocales

30 Expanded MSCs Biomat Autres techniques Ingenierie tissulaire Bone marrow aspiration Bone reconstruction BMSCs isolation, amplification, differentiation Scaffold Synthetic porous Seeding, culturing osteoprogenitors

31 Cellules souches sur bioceramiques Collagen type I Cellules Matrice extracellulaire

32 Expansion par culture Gangji V, Hauzeur JP Cellular-based therapy for osteonecrosis. Orthop Clin N Am 2009; 40: Liu L, Sun Z, Chen B, Han Q, Liao L, Jia M, et al. Ex vivo expansion and in vivo infusion of bone marrow-derived Flk-1 + CD31-CD34mesenchymal stem cells: feasibility and safety from monkey to human. Stem Cells Dev 2006;15: Rackwitz et al. Stem cell- and growth factor-based regenerativetherapies for avascular necrosis of the femoral head Stem Cell Research & Therapy 2012, 3:7 Zhao D, Cui D, Wang B, Tian F, Guo L, Yang L, et al. Treatment of early stage osteonecrosis of the femoral head with autologous implantation of bone marrow derived and cultured mesenchymal stem cells. Bone 2012;50:

33 Cellules allogeniques Indication : Necroses multifocales ou insuffisance cellulaire Injection intraveineuse pour necroses multifocales Hernigou P, Bernaudin F, Reinert P, Kuentz M., Vernant J.P. Bone marrow Transplantation in Sickle Cell Disease; effect on osteonecrosis. J. Bone and Joint Surgery 1997, 79-A,

34 Administration Intravenouse Hernigou P, Bernaudin F, Reinert P, Kuentz M., Vernant J.P. Bone marrow transplantation in Sickle Cell Disease; effect on osteonecrosis. J. Bone and Joint Surgery 1997, 79-A, Intraarterielle Mao Q, Hongting Jina,c, Fei Liao a,b, Luwei Xiao a,b,c, Di Chend, Peijian Tong The efficacy of targeted intraarterial delivery of concentrated autologous bone marrow containing mononuclear cells in the treatment of osteonecrosis of the femoral head: A five year follow-up study. Bone 2013, 57,

35 Conclusion Efficicacité : 25 ans d experiences et 2000 necroses Indications: Stage I and II collapse < 2mm Etiologies: Securité: *Hernigou P, Homma Y, Flouzat-Lachaniette CH, Poignard A, Chevallier N, Rouard H. Cancer risk is not increased in patients treated for orthopaedic diseases with autologous bone marrow cell concentrate. J Bone Joint Surg Am Dec 18;95(24): Progres Expansion et cellules allogeniques

36 Seconde Conclusion progrès Expansion ou cellules allogeniques Patients with stem cells deficiency such as post-chemotherapy... Patients with multifocal osteonecrosis (Sickle cell disease) Allogenic grafts are already possible : but total immunological safety is not proved Expansion is promising but Still in experimentation Cost is very high as compared with concentration Safety is not proved