Gotowa bibliografia na temat „Disques intervertébraux – Dégénérescence (pathologie)”

La plaque cartilagineuse (PC), limite anatomique entre disque intervertébral (DIV) et vertèbre, est étroitement impliquée dans le métabolisme du DIV qui devient avasculaire chez l'adulte. Son importance physiopathologique et clinique réside dans son rôle potentiel dans la pathogénie de la dégénérescence discale (DD). La perméabilité de la PC décroissant avec l'âge, la diminution des apports métaboliques au DIV pourrait être un facteur clé dans la genèse de sa dégénérescence. Si la perméabilité de la PC a été bien étudiée, ses caractéristiques morphologiques, qui conditionnent son rôle métabolique potentiel, et leurs modifications selon l'âge l'ont été beaucoup moins, de même que les relations entre dégénérescence de la PC et du DIV. Après une synthèse des connaissances sur la PC et l'étiopathogénie de la DD, cette thèse présente les résultats des travaux de recherche conduits sur des PC vertébrales humaines. Sur une série de cinquante rachis lombaires cadavériques a été réalisée une étude systématique des caractéristiques morphométriques et morphologiques des pc. Aucune différence statistiquement significative entre les paramètres étudiés et les différents groupes d'âge d'une part, et d'autre part entre le degré de dégénérescence de la PC et celui du disque correspondant n'a été constatée, ce qui indique que le rôle de la PC dans la pathogénie de la DD est probablement à nuancer. Le développement des plaques cartilagineuses, la vascularisation discale et une étude ultrastucturale ont fait de plus l'objet d'un travail spécifique. Enfin, la place de l'articulation intervertébrale disco-somatique en syndesmologie, place conditionnée notamment par ses plaques cartilagineuses, est discutée à la lumière de l'ensemble de ces éléments
The cartilaginous end-plate (CEP) is the anatomic limit between the vertebra and the intervertebral disc (IVD). Since the latter is avascular in adults, the CEP is supposed to play a key role in the metabolism of the IVD. Consequently, it has been postulated that the decrease in permeability of the CEP is the main cause of disc degeneration. However, the permeability depends at least partially on the morphological state of the CEP, and few studies have been carried out on this subject. In addition, little is known about the age-related changes of the CEP compared to those of the IVD. After a review of the literature dealing with the CEP and the pathogenesis of disc degeneration, the results of research works on the CEP are presented. The objectives of the main study were to examine the CEP of fifty intervertebral disks of human lumbar spines, to classify the age-related changes in both CEP and IVD, and to compare them. No significant difference was found with regard to these features in the different age groups and no significant correlation was found between the morphological grade of the CEP and that of the IVD, suggesting that the importance of the CEP in disc degeneration is open to debate. The development, the vascular supply and the ultrastucture of the IVD were also studied. Finally, the value of comparing the human joint of vertebral bodies to a diarthrodial joint is discussed in the light of these different points of view

La dégénérescence du disque intervertébral est généralement considérée comme le résultat de l’insuffisance chronique de la nutrition de ses cellules. Le renouvellement de la matrice extracellulaire est alors déficitaire, ce qui par conséquent l’appauvrit en protéoglycanes, macromolécules hydrophiles jouant un rôle fondamental dans le fonctionnement biomécanique du disque. La voie métabolique est la glycolyse, majoritairement anaérobie. Du glucose et de faibles quantités d’oxygène sont donc consommés, tandis que le principal déchet est le lactate. Un modèle multiphasique est utilisé pour décrire le couplage entre le comportement osmoticomécanique du disque intervertébral et le transport et le métabolisme de ses nutriments. Le disque est représenté dans un premier temps en 2D sous l’hypothèse des déformations planes dans le plan sagittal et dans le plan frontal. Il est tout d’abord placé à l’état de non-chargement, un état d’équilibre dans lequel il est bloqué entre ses deux vertèbres adjacentes et libre de gonfler dans une solution saline de concentration physiologique. Son comportement osmoticomécanique et la distribution spatiale de ses nutriments sont alors étudiés. Puis, certaines de ses propriétés sont modifiées, afin d’examiner les conséquences biomécaniques et métaboliques de ces altérations. Les résultats numériques montrent que la distribution des nutriments est davantage affectée par la variation de la porosité, de la diffusivité des nutriments ou de la concentration cellulaire que par la variation de la rigidité du disque ou de la concentration de protéoglycanes. Ensuite, le disque intervertébral subit un cycle de charge diurne / décharge nocturne et la première étude est poursuivie avec l’analyse de l’influence du cycle nycthéméral. Des relations de dépendance sont ainsi mises en évidence entre la concentration des nutriments, le taux de métabolisme cellulaire et le chargement du disque. Enfin, le modèle 2D est comparé au modèle 3D équivalent à l’état de non-chargement, dans le but d’évaluer la pertinence de l’hypothèse des déformations planes. Ainsi, cette thèse a permis d’apporter quelques éléments de réponse sur le lien entre propriétés et chargement du disque intervertébral et transport et métabolisme de ses nutriments
Intervertebral disc degeneration is generally taken to result from chronic insufficiency of the cell nutrition. The renewal of the extracellular matrix shows a deficit, which therefore leads to the loss of proteoglycans, hydrophilic macromolecules which play a fundamental role in the disc biomechanical behavior. The metabolic pathway is the glycolysis, mainly the anaerobic one. Consequently, glucose and small quantities of oxygen are consumed, while the main waste product is lactate. A multiphasic model is used to describe the coupling between the intervertebral disc osmomechanical behavior and the nutrient transport and metabolism. The disc is represented in 2-D using a plane strain formulation in the sagittal plane and in the frontal plane. It is first of all brought into the unloaded state, an equilibrium state where it is fixed to both adjacent vertebrae and free to swell in a physiological saline solution. Its osmomechanical behavior and the nutrient spatial repartition are yet studied. Then, some properties of the disc are modified in order to examine the biomechanical and metabolic consequences of these alterations. Numerical results show that the nutrient distribution is more affected by the variation of porosity, nutrient diffusivity or cell density than by the variation of disc stiffness or proteoglycan concentration. After, the intervertebral disc is submitted to a diurnal loading / nocturnal unloading cycle and the first study is continued with the analysis of the influence of this nycthemeral cycle. Dependence relations are highlighted between nutrient concentration, cell metabolism rate and disc loading. Finally, the 2-D model is compared to the 3-D equivalent one in the unloaded state in order to evaluate the pertinence of the plane strain hypothesis. Thus, this thesis has allowed bringing some answer elements about the link between intervertebral disc properties and loading and nutrient transport and metabolism

La dégénérescence du disque intervertébral est une pathologie irréversible entraînant des maux de dos intenses. Les disques intervertébraux sont composés de trois parties : le Nucleus Pulposus (NP) situé au centre, entouré par l’Annulus Fibrosus (AF) et deux plateaux cartilagineux de part et d’autre. La dégénérescence du disque est caractérisée par une baisse d’hydratation du NP qui devient fibreux et ne joue plus son rôle d’absorbeur de chocs. Les forces exercées par le NP sur l’AF vont le rompre provoquant l’écoulement du NP ce qui génère une hernie discale. De nombreux traitements ont été développés mais ils ne permettent pas de freiner la dégénérescence du disque. Ceci est dû en partie à une méconnaissance de la maladie. La plupart des modèles animaux sont quadrupèdes et ne reproduisent pas les caractéristiques de la pathologie humaine. C’est pourquoi il est essentiel de développer de nouveaux modèles in vitro utilisant des cellules humaines. De plus, des biomatériaux à bases de polymères naturels semblent être les plus adéquats pour le développement de tels modèles car ils sont le support naturel des cellules. Ce projet de thèse a eu pour but de développer un nouveau modèle d’Annulus Fibrosus. Pour cela, deux biopolymères présents dans le tissu natif ont été sélectionnés : l’acide hyaluronique qui apporte l’hydratation au disque et le collagène qui sert de support aux cellules. Dans un premier temps, une encre imprimable reproduisant la matrice extracellulaire de l’AF a été développée. Pour cela, une étude physicochimique a été effectuée sur les interactions collagène I/acide hyaluronique (HA). Lorsqu’ils sont mélangés, ces deux biopolymères forment des complexes poly-ioniques (CPIs) du fait de leurs charges opposées. Ces CPIs précipitent et ne permettent pas d’obtenir une encre homogène. L’inhibition des CPIs est efficace à des pH très acides (pH 1) en présence de sels mais ces conditions sont incompatibles avec la survie cellulaire. En modulant le pH et la force ionique, nous avons découvert une nouvelle méthode pour formuler une encre collagène/HA homogène. En se plaçant proche du point isoélectrique du collagène (pH 5,5) et en présence de NaCl, des fibrilles de collagène se forment en solution. Dans ces conditions, les interactions avec l’HA sont inhibées et les CPIs ne se forment pas. Il est ensuite possible de former des hydrogels de collagène fibrillaire par remontée de pH à 7 et de photo réticuler l’HA pour obtenir des hydrogels avec des propriétés physiques optimisées. Le second objectif était de générer le modèle in vitro d’Annulus Fibrosus. L’AF étant un tissu anisotrope, nous avons procédé à une impression 3D de solutions denses de collagène pour induire son alignement. Deux stratégies ont été adoptées pour cette étude. (i) L’encre précédemment formulée en phase diluée a été utilisée à plus haute concentration (30 mg.mL-1 en collagène, 7,5 mg.mL-1 en HA) avec un ratio collagène/HA de 4 pour 1 comme c’est le cas dans l’AF natif. Cette encre est imprimée en bain de gélification (PBS 2X, NaOH 10-3M) et photo-réticulée sous lumière verte en présence d’éosine Y. (ii) Une seconde encre a été formulée composée de collagène concentré imprimée dans le bain de gélification. Après imprégnation avec l’HA, la photoréticulation a été effectuée. Les deux méthodes ont permis d’obtenir des lamelles d’hydrogels anisotropes avec une structure ressemblant à celle de l’AF et des propriétés rhéologiques intéressantes (G’ = 6kPa). Ces lamelles ont été cellularisées avec des fibroblastes en reproduisant leur environnement natif confiné entre deux couches imprimées. La viabilité cellulaire et la morphologie des cellules étaient similaires à celles observées dans le tissu natif après 14 jours de culture. Si les propriétés mécaniques n’ont pas été atteintes, la bioactivité, la structure et l’anisotropie des matériaux développés lors de cette thèse ont été proches du tissu natif, les validant en tant que modèle 3D de l’Annulus Fibrosus
The intervertebral disc degeneration is an irreversible pathology leading to low back pain. The intervertebral disc is composed of three tissues: the Nucleus Pulposus located in the center, surrounded by the Annulus Fibrosus (AF) and two cartilaginous plates located above and below. Disc degeneration is characterized by a hydration loss of the Nucleus Pulposus (NP), which becomes fibrous and no longer acts as a shock absorber. The forces exerted by the NP on the AF break it, causing the leakage of the NP leading to disc herniation. Several drug and surgical treatments have been developed but none stops or slows down the disc degeneration. This is due to a lack of knowledge of this disease. Most animal models are quadrupedal and do not reproduce the characteristics of the human pathology. This is why it is essential to develop novel in vitro models using human cells. Furthermore, biomaterials based on natural polymers are the most suitable for the development of three-dimensional in vitro models because these biopolymers are the natural support of cells. In order to mimic a complete intervertebral disc, it is essential to reproduce the three parts of this tissue. This thesis project aimed to develop a novel model of Annulus Fibrosus. For this purpose, two biopolymers present in the native tissue were selected: hyaluronic acid which gives hydration to the disc and collagen which is the natural support of cells. The first objective of this thesis was devoted to the formulation of a printable ink to reproduce the AF extracellular matrix. To do this, a physicochemical study was carried out on collagen/hyaluronic acid (HA) interactions. After mixing, these two biopolymers form polyionic complexes (PICs) and precipitate due to their opposite charges. So, a homogeneous ink cannot be obtained. Inhibition of PICs formation is effective at very acidic pH (pH 1) in with salt addition. Nevertheless, these conditions are incompatible with cell survival. By modulating the pH and ionic strength, we discovered a new method to formulate a homogeneous collagen/HA ink. Using a collagen solution close to its isoelectric point (pH 5.5) in presence of NaCl, we triggered the formation of collagen fibrils in solution. Interactions with HA are inhibited in these conditions and PICs are not formed anymore. Then, a fibrillary collagen hydrogel can be formed by raising the pH to 7 and HA can be crosslinked to obtain hydrogels with optimized physical properties. The second objective was to design the in vitro model of Annulus Fibrosus. Since AF is an anisotropic tissue, we 3D printed dense collagen solutions to induce alignment. Indeed, the shearing of dense solutions during printing aligns collagen. Two strategies were tested in this study. (i) The ink previously formulated was used at high concentration (30 mg.mL-1 for collagen, 7.5 mg.mL-1 for HA) with a 4:1 collagen/hyaluronic acid ratio to resemble the native AF. This ink was printed in a gelation bath (2X PBS, 10-3M NaOH) and photocrosslinked under green light (eosin Y used as photo initiator). (ii) A second ink was used, only composed of concentrated collagen and printed in the same gelling bath. Then, an impregnation process with HA was carried out followed by the photocrosslinking with green light. The two methods allowed the production of anisotropic lamellae with structural features resembling those of AF as well as interesting rheological properties (G' = 6kPa). These lamellae were cellularized with fibroblasts confined between two printed layers. Cell viability and morphology were similar to that observed within the native tissue. If the physiological mechanical properties were not reached, biocompatibility, bioactivity, structure and anisotropy of these biomaterials were close to the native tissue, this allows to validate them as a novel 3D model of Annulus Fibrosus

50 % des douleurs dorsales chroniques sont associées à une dégénérescence du disque intervertébral (IVD). Nous avons émis l'hypothèse qu'un hydrogel biomimétique favoriserait la régénération du Nucleus Pulposus, la partie centrale de l’IVD, en fournissant des signaux physiques adéquats à des cellules souches mésenchymateuses (MSC) pour se différencier en nucléopulpocytes. Avec des teneurs différentes en acide hyaluronique fonctionnalisé (HA-Tyr), des hydrogels composites Collagène/HA-Tyr ont été synthétisés et caractérisés par microscopies électroniques à balayage et à transmission, rhéologie, DSC, par test de dégradation enzymatique in vitro accélérée et par tests de capacité à absorber l’eau. Des MSC ont ensuite été incorporées dans les composites Col/HA-Tyr, puis cultivées pendant 28 jours. La viabilité cellulaire a été évaluée, et leur différenciation en nucléopulpocytes analysée par PCR quantitative et par immunohistochimie indirecte. La présence de plusieurs marqueurs de différenciation des nucléopulpocytes, tels que le Collagène de type II, l'Agrécane et le KRT 18 a été suivie. Le processus de fabrication a permis la génération d'hydrogels hautement hydratés (> 90%), mécaniquement biomimétiques, résistants à la dégradation enzymatique et dans lesquels la fibrillogenèse du collagène a été préservée. En absence de facteur de différenciation, l’élasticité et la structure des hydrogels composites Col/HA-Tyr semble suffire pour induire la différenciation des MSC incorporées en nucléopulpocytes. Développée suivant une approche biomimétique, cette plateforme d'hydrogels composites Col/HA-Tyr parait donc prometteuse pour la régénération du disque intervertébral
Half of chronic back pain is associated with intervertebral disc (IVD) degeneration. We hypothesized that a biomimetic hydrogel would promote the regeneration of the Nucleus Pulposus, the central part of IVD. Hydrogels will provide cues to incorporated mesenchymal stem cells (MSC) to in situ differentiate into nucleopulpocytes. With different contents of functionalized hyaluronan (HA-Tyr), Collagen/HA-Tyr hydrogels were produced and characterized using scanning and transmission electron microscopy, rheology, DSC, accelerated in vitro enzymatic degradation and tested for their ability to absorb water. MSC were then incorporated within Col/HA-Tyr composites and cultured over 28 days. Cell viability was assessed and cell differentiation was analysed by quantitative PCR and indirect immunohistochemistry. The presence of several nucleopulpocytes differentiation markers, such as type II Collagen, Aggrecan and KRT 18 was monitored. The manufacturing process allowed the generation of highly hydrated hydrogels (> 90%), mechanically biomimetic, resistant against enzymatic degradation, in which collagen fibrillogenesis was preserved. Without any differentiation factor, both elasticity and structure of the Col/HA-Tyr composite hydrogels seems to be sufficient to induce the differentiation of the incorporated MSCs into nucleopulpocytes. In addition, the presence of collagen was necessary for an adequate cell adhesion. Developed according to a biomimetic approach, this platform of Col-HA-Tyr hydrogels appears promising for the intervertebral disc repair

La dégénérescence discale lombaire (DDL) est caractérisée par un vieillissement prématuré du disque intervertébral (DIV) et une déshydratation progressive du nucleus pulposus (NP) entrainant in fine des lombalgies. L'objectif général de ce travail est d'établir des données précliniques afin de régénérer le DIV en cas de DDL modérée. Dans un premier chapitre, nous avons déterminé une association de facteur de croissance et un mode de culture visant à obtenir une prédifférentiation nucléopulpogénique de cellules stromales mésenchymateuses (CSMs) humaines issues de la moelle osseuse. Nos résultats montrent que la culture tridimensionnelle des CSMs en billes d'alginate en présence de TGF-β3, GDF-5 et BMP-7 les oriente vers un phénotype cartilagineux. Dans un deuxième chapitre, nous avons élaboré un modèle porcin de DDL induite par cryolésion et nous l'avons comparé aux techniques de référence. L'évaluation de l'importance de la DDL a été effectuée par scanner, IRM et histologiquement. Un score histologique de DDL porcine a été décrit et validé. La cryolésion a permis d'obtenir une DDL plus importante que les autres techniques. Dans un troisième chapitre, nous avons injecté les CSMs préorientées dans les DIV lésés. L'analyse IRM a montré une amélioration de l'intensité du signal et de la surface du NP après injection des cellules. L'analyse immunohistologique a montré une survie des CSMs dans les DIV porcins à 2 mois. Dans un quatrième chapitre, nous avons comparé les taux de fusion et de complication pour la RhBMP-2 et la greffe spongieuse autologue dans les arthrodèses lombaires par voie antérieure dans une même cohorte de patients. La RhBMP-2 était associée à un taux de fusion inférieur et un taux de complications radiologiques supérieur à l'autogreffe spongieuse
Degenerative disc disease (DDD) is characterized by premature aging of the intervertebral disc (IVD) and gradual dehydration of the nucleus pulposus (NP), ultimately causing back pain. The general objective of this work is to establish preclinical data to regenerate the IVD in moderate DDD. In the first chapter, we have identified a growth factor association and a culture method to achieve nucleopulpogenic prédifférentiation of mesenchymal stromal cells (MSCs) derived from human bone marrow. Our results show that the three-dimensional culture of MSCs in alginate beads in the presence of TGF-β3, GDF-5 and BMP-7 directs them to a cartilaginous phenotype. In the second chapter, we developed a porcine model of DDD, induced by cryoinjury, and compared it to reference techniques. Assessing the importance of DDD was performed by CT, MRI and histologically. A histological score of porcine DDD has been described and validated. Cryoinjury yielded a higher DDD that other techniques. In a third chapter, we injected preoriented MSCs in cryo-injured IVDs. MRI analysis showed an improvement in the signal intensity and the surface of the NP after the injection. The immunohistological analysis showed a survival of the MSCs in the porcine IVD 2 months after injection. In a fourth chapter, we compared the rate of fusion and complication for rhBMP-2 and autologous cancellous graft in the anterior lumbar interbody fusion, in the same cohort of patients. RhBMP-2 was associated with a lower fusion rate and a higher rate of radiological complications than the cancellous autograft

La lombalgie discogénique est un problème médico-éconornique majeur pour lequel l'ingénierie tissulaire représente un espoir thérapeutique. La mise en application de cette technologie nécessite de disposer de nouveaux outils d'évaluation de la dégénérescence discale et d'un modèle animal. Le disque intervertébral est un tissu fibro-cartilagineux dont la composition, qui dégénère très précocement, lui confère des propriétés biomécaniques permettant l'absorption et la transmission des contraintes. Deux outils potentiels semblent intéressants afin d'évaluer l'altération des caractéristiques discales: en premier lieu l'analyse des propriétés visco-élastiques, en second lieu l'utilisation de la spectroscopie IRTF qui apporte un reflet de la composition moléculaire. Ces outils ont été étudiés sur des disques de lapins d'âges différents ainsi que sur des disques humains prélevés sur sujets cadavériques. L'étude des propriétés visco-élastiques a été rendue difficile par leur variabilité d'un disque à l'autre. La spectroscopie révèle la présence de groupements chimiques caractéristiques du début de la dégénérescence discale. Parallèlement, un modèle animal de dégénérescence discale a été développé chez le lapin de race NZW et basé sur l'utilisation d'un laser en intradiscal. Cette technique permet d'induire une dégénérescence discale progressive avec des caractéristiques proches de la dégénérescence spontanée. L'utilisation des disque intervertébraux de lapins et de cadavres a permis de mettre en évidence le potentiel de ces techniques, mais ces modèles ont des limites de taille ou de disponibilité qui nous conduiront à les développer sur un modèle plus adapté comme la brebis
InterVertebral Disc (lVD) degeneration probably represents the first cause of low back pain for which tissue engineering seems to be a clinically promising approach. Implementation of this technology implies the availability of new tools for assessing IVD degeneration and a suitable animal model IVD is a fibrocartilaginous tissue consists of a complex extra-cellular matrix playing a critical role as "shock absorber". Two new tools seem interesting in order to characterize IVD degeneration. First the study of visco-elastic properties, second the use of FTIR spectroscopy which provides a representation of the biochemical composition. These tools have been studied in rabbit IVDof different ages and in human IVD from cadavers. The study of visco-elastic properties is made difficult by their variability. Infrared spectroscopy reveals some chemical groups characterizing incipient IVD degeneration. A new animal model has also been developed in NZW rabbits, based on a laser treatment of IVD. This process allows to induce a progressive IVD degeneration, similar to spontaneous one. Use of rabbit and cadavers IVD has shown the interest of those techniques despite difficulties with size and disponibility. These points will lead us to use a more adapted animal like sheep

La dégénérescence discale (DD) est un problème majeur de santé publique dans les pays industrialisés où elle touche une grande partie de la population. Elle est considérée comme l'une des premières causes de consultation antidouleur et d'arrêt de maladie particulièrement en France. La présente étude s'inscrit dans le cadre du diagnostic de la DD et plus largement de l'évaluation de la fonctionnalité et de la viabilité du disque intervertébral (DIV).Le DIV est un fibrocartilage hétérogène qui assure d'une part la mobilité du rachis et d'autre part la distribution des contraintes mécaniques entre les vertèbres. Ces deux propriétés principales sont liées à la fois au contenu hydrique et à la présence des protéoglycanes (PG) dans le DIV.Plusieurs études ont montré l'importance de la teneur en eau du DIV sur son comportement biomécanique. Le but de notre étude est constitué de deux étapes:1. suivre avec une méthode d'Imagerie de Résonance Magnétique (IRM), les variations de morphologie et d'hydratation sous un chargement mécanique, 2. suivre avec une modélisation numérique, les évolutions des paramètres mécaniques notamment la rigidité, le coefficient de Poisson et la perméabilité intrinsèque du DIV.Les résultats ainsi obtenus sont conformes avec la littérature et le comportement retenu adhère parfaitement avec le cadre expérimental. Ce travail d'exploration de la viabilité discale apporte des informations importantes dans la compréhension du comportement osmotico-mécanique du DIV
Disc diseases are major public health problem in industrialized countries where they affect a large proportion of the population. Disc degeneration (DD) is considered to be one of the leading causes of pain consultation and sick leave in France. This study is an attempt to diagnose DD and more generally an assessment of the functionality and viability of the InterVertebral Disc (IVD). The IVD is an heterogeneous cartilage, that ensures rachis mobility and optimal stress redistribution between vertebrae. These two main properties are linked to the hydric content and the presence of proteoglycans (PG) which decline in a natural process throughout life. This degenerative process is in some case accelerated, leading to the Degenerative Disc Diseases (DDD) or troubles. Several studies have shown the importance of the water content of the disc on its biomechanical behavior. The aims of our study are:1. to follow with Magnetic Resonance Imaging (MRI), the variation in morphology and hydration under mechanical stress,2. to follow with a numerical model, the changes in mechanical parameters such as stiffness, Poisson's ratio and the intrinsic permeability of the IVD.The post-processing on Magnetic Resonance (MR) data allowed reconstructing the 3D deformation under a known mechanical load and deducing the porosity of the disc. The results obtained are conform with the literature and the adopted behavior adheres perfectly with the experimental data. This study demonstrates also, the ability to calculate the mechanical parameters of an IVD, providing precious information to understand the mechanical behaviour and hence judge the viability of the IVD

Dans notre société, la lombalgie est une pathologie fréquente représentant un vrai problème de santé publique au coût important et en constante augmentation.
Il est maintenant largement admis que la dégénérescence du disque intervertébral (DIV) est la principale cause de lombalgie. Cette dégénérescence est un processus complexe caractérisé par des changements biochimiques et structuraux intervenant dans les différents tissus du DIV. Aujourd'hui, seuls des traitements médicaux symptomatiques de la lombalgie sont disponibles et il n'existe pas de traitement spécifique de la dégénérescence discale.
L'imagerie par résonance magnétique (IRM) est une technique reconnue comme un outil non invasif et totalement atraumatique de diagnostic chez l'homme. L'IRM permet de caractériser la morphologie et la physiologie d'un être vivant à partir des modifications de l'état de l'eau dans ses tissus. De part la composition du DIV (principalement de l'eau) l'IRM s'avère être particulièrement adaptée à l'étude du DIV sain ou dégénératif, ainsi qu'à sa régénération dans le cadre de l'évaluation de l'efficacité d'un traitement.
Les objectifs de ce projet ont d'abord été de développer un protocole d'IRM in vivo du DIV chez le lapin, capable de différencier des DIV sains et pathologiques et de mettre en évidence différents stades de dégénérescence discale. Ce protocole a ensuite permis d'évaluer l'efficacité de nouvelles techniques de réparation discale développées par la société Abbott Spine SA.
En parallèle de ce travail chez le lapin, l'IRM in vivo du DIV de souris a été développée, dans le but d'utiliser des modèles transgéniques de pathologies articulaires et d'étudier leur impact sur le DIV.

La dégénérescence des disques intervertébraux (DD) est un processus naturel qui touche une grande partie de la population. Toutefois, elle peut devenir pathologique et ainsi être accélérée par de multiples facteurs et conduire à un dysfonctionnement précoce des disques lombaires. La DD est un phénomène asymptomatique, ce qui le rend délicat à diagnostiquer précocement. Dans ce cadre, le présent travail vise à développer une méthodologie de diagnostic de la DD utilisant imagerie médicale et modélisation biomécanique.Les disques intervertébraux (DIV) sont des articulations fibro-cartilagineuses qui lient les vertèbres du rachis entre elles. Ils ont pour rôle de supporter et redistribuer les chargements appliqués au rachis tout en assurant sa mobilité. Le DIV peut être assimilé d’un point de vue mécanique à un milieu poreux biologique dont le squelette est formé par la matrice extracellulaire (MEC) et la phase fluide par son contenu hydrique. C’est un milieu hétérogène et anisotrope. Possédant une pression osmotique interne élevée, les DIV ne sont pas vascularisés et possèdent un contenu hydrique important dans lesquels les nutriments cellulaires diffusent à partir des vertèbres adjacentes. Cette particularité rend le fonctionnement des disques très dépendant de la régulation en eau en particulier lorsque ces derniers sont soumis à des sollicitations mécaniques non physiologiques.L’une des clés dans l’élaboration d’un diagnostic fiable de la DD peut être de déterminer de manière objective certaines des caractéristiques internes au disque relatives à son hydratation. Dans le présent travail, une méthodologie de diagnostic quantitatif de la viabilité discale et plus largement de la DD est ainsi proposée. Cette méthodologie se base sur un couplage entre l’imagerie médicale et l’analyse par modélisation du comportement biomécanique du DIV. Un modèle physique biphasique du DIV est développé à l’aide de données déduites d’images IRM. Ce modèle tient compte de l’anisotropie du DIV et des effets induits par les déformations mécaniques sur le processus de transport nutritif.La partie mécanique du modèle est tout d’abord validée en utilisant des résultats d’essais de relaxation réalisés précédemment par l’équipe de biomécanique d’IRPHE. Le modèle est à même de reproduire la distribution de la porosité à l’intérieur du DIV et la perte d’eau suite à un effort mécanique. Cela permet de confirmer la fiabilité de la méthodologie de diagnostic développée pour les cas étudiés. En intégrant le couplage mécano-métabolique, la réponse biomécanique du DIV à des chargements quasi statiques et cycliques est ensuite analysée
Intervertebral disc degeneration (DD) is a natural process affecting a large part of the population. However, it can be accelerated by several factors and then become associated to lumbar disc pathologies. Given that the DD is symptomless, it is complicated to diagnostic it early. In this context, the present work aims to develop a new methodology of DD diagnostic based on medical imaging and biomechanical modeling.The intervertebral discs (IVD) are fibro-cartilaginous joints that connect vertebrae together ensuring their relative motion. They support and distribute loads applied on the spine. Mechanically, the IVD can be assimilated to a biological porous media in which the solid phase is composed of the extracellular matrix (MEC) and the fluid phase is formed by water content. It is a non-homogeneous and anisotropic component. The IVD is nonvascularized and characterized by a high water content in which cell nutrients diffuses from the adjacent vertebrae. Given this latter particularity, the porosity of the IVD presents a key factor in in its functioning especially when exposed to mechanical non-physiological loads. One of the main keys in the elaboration of a reliable DD diagnostic is to determine objectively some of the IVD interne properties related to its water content. In the present work, a new quantitative methodology of DD diagnostic is proposed. This method is based on a coupling between the medical imaging and the IVD biomechanical behavior modeling. A biphasic IVD model is developed using data from MRI imaging. This model takes into account the anisotropy of the IVD and the effect of the mechanical deformation on the nutrient transport process.The mechanical part of the developed model was firstly validated using results of relaxation tests previously performed by the biomechanics staff of IRPHE. The model is able to predict water distribution within the IVD and the water loss as response to a mechanical load. These results confirm the reliability of the developed diagnostic methodology for the studied cases. The biomechanical response to quasi-static and cyclic loads is then analyzed. The present work proposes and evaluates a new methodology of DD quantitative diagnostic. It also analyzes and compares mechanical and metabolic responses to quasi-static and cyclic loads