The impact of localized cold exposure on bone healing
Year: 2025
Type: dissertation
Abstract: La cicatrisation osseuse retardée a un impact sur les charges financières et logistiques pour les patients, les chirurgiens et les établissements de santé. Les troubles de la cicatrisation osseuse coûtent plus de 22 milliards de dollars américains par an dans le monde. Les options chirurgicales étant limitées, il est nécessaire d'innover et de développer des alternatives. Une découverte étonnante chez les surfeurs a montré qu’ après plusieurs immersions dans de l'eau froide, une nouvelle formation osseuse se développait dans leurs oreilles. Cette observation a suscité un vif intérêt pour l’utilisation du froid comme moyen de stimuler la croissance osseuse . La recherche se base sur une étude pilote où l'application localisée de froid sur un défaut cortical chez la souris a entrainé une angiogenèse accélérée et un pontage osseux minéralisé. Les prochaines étapes consisteront à évaluer l’efficacité du froid dans un modèle de fracture offrant ainsi une meilleure pertinence clinique. Dans ce contexte de modèle de fracture, il a été observé après l'application de froid une amélioration de la réparation osseuse associé d’une part à l’angiogenèse grâce à la génération d'un microenvironnement hypoxique accru jouant un rôle crucial au début du processus de réparation des fractures en favorisant la vascularisation du nouvel os, ce qui est essentiel à la formation du cal osseux. La minéralisation a été facilitée, ce qui a conduit à une formation accélérée du cal osseux. Le remodelage osseux a ensuite permis une amélioration des propriétés biomécaniques, l'os se rapprochant progressivement de l'intégrité structurelle native. Dans un second temps, il a été nécessaire d'analyser et de comprendre les mécanismes impliqués entre l'exposition au froid et la régulation des biomarqueurs, ainsi que des voies de signalisation, afin de démêler et d'optimiser les processus affectés par le froid aigu. Des groupes spécifiques de récepteurs jouent un rôle clé dans la détection des fluctuations de température et agissent comme intermédiaires dans l'impact physiologique du froid. Le froid aigu augmente non seulement la présence de ces récepteurs dans une lésion osseuse, mais il influence également les effets vasoconstricteurs secondaires sur les vaisseaux sanguins créant ainsi un microenvironnement hypoxique propice à la formation de vaisseaux sanguins. Ce retour aux fondamentaux a permis de reconnaître l'importance de l'adaptation cellulaire face aux températures froides, activant ainsi les protéines de choc froid qui jouent un rôle dans l'activation de ces mécanismes lors d'une blessure. Ces protéines de choc froid, nécessaires à la survie cellulaire, sont observées en réponse au choc froid aigu, mais stimulent également des voies impliquées dans la formation osseuse telles que la minéralisation. Le calcium joue un rôle crucial dans la minéralisation, car il est un élément essentiel de la structure osseuse. Sa régulation dépend principalement de la détection des fluctuations des taux de calcium dans le sang. Les récepteurs de détection du calcium, responsables de cette surveillance, sont indispensables pour maintenir un équilibre optimal. En observant les effets évidents du froid sur les voies de minéralisation, il est apparu évident qu’une exploration plus approfondie était nécessaire pour identifier des pistes d'application prometteuses. Cette recherche offre une occasion idéale d’étudier l'impact du froid aigu sur les récepteurs de détection du calcium et l'absorption du calcium et d’examiner son role dans l’absorption du calcium, notamment par rétro-ingénierie des effets synergétiques avec l'hormone parathyroïdienne. La PTH en augmentant les taux de calcium par résorption osseuse et la calcitonine, en diminuant les taux de calcium par absorption osseuse, agissent de manière agoniste. La PTH est un stimulateur anabolisant osseux approuvé par la FDA, car elle favorise initialement la formation osseuse avant la résorption osseuse, transformant un site de lésion osseuse en un lieu propice à la guérison. Cependant, la traduction de la recherche préclinique en recherche clinique implique une utilisation de PTH à dose relativement élevée sur de longues périodes, ce qui peut conduire à un environnement hypercalcémique. Cela repésente des effets négatifs sur la morphologie osseuse et un risque accru de formation de cancer osseux. L’intégration du froid entraîne un effet décroissant sur les taux de calcium tandis que la minéralisation augmente. Ce phénomène s’accompagne d’une activation accrue des récepteurs de détection du calcium au niveau de la lésion osseuse. De plus, le froid compense également les déséquilibres induits par la PTH, régulant la résorption et la formation osseuse lors du développement de nouveaux tissus. Il semble également que le froid, en association synergique avec la PTH, accélère le développement du cal osseux et améliore la minéralisation. Fait important, les mêmes résultats positifs- à savoir d’angiogenèse accélérée et de minéralisation améliorée- ont été observés après l’utilisation du froid
DOI: 10.82308/1009
Author: Zakaria, Matthew
Language: English
Subfield: Biomedical Engineering
Field: Engineering
Domain: Physical Sciences
Open Access status: green
OpenAlex ID: W7115034626