La Biologie du Disque La Biologie du Disque IntervertébralIntervertébral

from Benchfrom Bench to Bedside to Bedside François Rannou, MD, PhD

Service de Rééducation, Hôpital Cochin, AP-HP;

INSERM UMR-747, UFR Biomédicale des Saints-Pères;

Université Paris Descartes

AGENDAAGENDA

1) Analyse biochimique, cellulaire et moléculaire du DIV

2) Inflammation et DIV

3) Apoptose et DIV

4) Ca sert à quoi?

AGENDAAGENDA

1) Analyse biochimique, cellulaire et moléculaire du DIV

2) Inflammation et DIV

3) Apoptose et DIV

4) Ca sert à quoi?

Biologie du DIVBiologie du DIV

Les deux évènements cellulaires et moléculaires de la dégénérescence discale sont :- l’apoptose- l’inflammation

Mort cellulaire, diminution

de la production de protéines matricielles

=

=

Dégradationdes protéines matricielles

Biologie du DIVBiologie du DIV

Poiraudeau et al., Spine 1999

AR AF

Dégénérescence = dégradation etdiminution de la production de coll II

et aggrécanes

Pro-inflammatory Anti-inflammatorycatabolic activity anabolic activity

IL-1 alpha and béta IL-10 , IL-1 RaIL-6 , TNF- alpha growth factorsMCP-1 , MIP-1a TGF-beta, EGFCox 2, PGE2, PLA2 IGF-1 , FGFNO, MMPs PGs synthesis

Présence de médiateurs de l’inflammationPrésence de médiateurs de l’inflammation

?

Pro-inflammatory Anti-inflammatorycatabolic activity anabolic activity

IL-1 alpha and béta IL-10 , IL-1 RaIL-6 , TNF- alpha growth factorsMCP-1 , MIP-1a TGF-beta, EGFCox 2, PGE2, PLA2 IGF-1 , FGFNO, MMPs PGs synthesis

IVD cells can produce these cytokines (IL1 , TNF-alpha , NO, Growth factors…..)suggesting a system autocrine / paracrinein the disc

Présence de médiateurs de l’inflammationPrésence de médiateurs de l’inflammation

Pro-inflammatory Anti-inflammatorycatabolic activity anabolic activity

IL-1 alpha and béta IL-10 , IL-1 RaIL-6 , TNF- alpha growth factorsMCP-1 , MIP-1a TGF-beta, EGFCox 2, PGE2, PLA2 IGF-1 , FGFNO, MMPs PGs synthesis

IVD cells can produce these cytokines (IL1 , TNF-alpha , NO, Growth factors…..)suggesting a system autocrine / paracrinein the disc and a disruption of balance at the source of the process of degeneration

Présence de médiateurs de l’inflammationPrésence de médiateurs de l’inflammation

Apoptose des cellues Apoptose des cellues discalesdiscales

Des cellules discales?

AGENDAAGENDA

1) Analyse cellulaire et moléculaire du DIV

2) Inflammation et DIV

3) Apoptose et DIV

4) Ca sert à quoi?

L’inflammation discaleL’inflammation discale

Catabolisme AnabolismePrésence de facteurs de

l’inflammation : MMPs, PGE2,

NO

Présence de facteurs anti-

inflammatoires : IL-10, IL-1ra, facteurs

de croissance

Régulation?

Réponse des cellules discalesRéponse des cellules discalesà l’IL-1à l’IL-1

MMP

AF AR

+IL-1

Rôle bénéfique ou délétère de

l’inflammation???

Rôle bénéfique de Rôle bénéfique de l’inflammation dans la l’inflammation dans la

hernie excluehernie exclue

- résorption naturelledes hernies exclues- phénomènes TNF-dépendant

Interaction cellules discales/macrophages

Inflammation

TNF-

MMPsMMPs activées

Résorptionherniaire

VEGF Néoangiogenèse

Infiltration demacrophages

+

Haro et al, J Clin Invest 2000a; Haro et al, J Clin Invest 2000b; Kato et al, J Orthop Res 2004.

!Cas particulier de la hernie exclue!

Rôle délétère de Rôle délétère de l’inflammation discalel’inflammation discale

Induction de lésions radiculaires inflammatoires :

granulome et NP

Intérêt des anti-TNF?

Rôle délétère radiculaire du Rôle délétère radiculaire du TNF-TNF- : intérêt des anti- TNF- : intérêt des anti- TNF-? ?

7 études dont 3 prospectives et ouvertes, 1 étude controlée (FIRST II)

Rationnel : inflammation TNF- Petits effectifs, groupe “contrôle”

historiqueInfliximab (3mg/kg), etanercept 25mg

J1-J4-J7Karppinen et al, Spine 2004; Korhonen et al, Spine 2004; Genevay et al, Ann Rheum Dis 20004.

Sciatique et anti-TNF-Sciatique et anti-TNF- :  : une étude controlée publiéeune étude controlée publiée

20X2 patients, sciatique>lombalgieIndication chirurgicale poséeInfliximab: 5mg/kgCritère principal: douleur à un an

Sciatique et anti-TNF-Sciatique et anti-TNF- :  : une étude controlée publiée, une étude controlée publiée,

résultatsrésultats

Pas de différence à un an sur la douleur, p=0.72)

Modic I et conflit L3-L4, L4-L5 facteurs de meilleure réponse à l’Infliximab qu’au placebo

Sciatique et anti-TNF-Sciatique et anti-TNF- :  : deuxième étude controlée, deuxième étude controlée,

San FransiscoACR 2008San FransiscoACR 2008

CONCLUSION CONCLUSION INFLAMMATIONINFLAMMATION

Inflammation locale : ouiOrigine : disqueRôle : à la fois bénéfique et délétère TNF- : cytokine régulatriceAnti-TNF- : non mais…Changement d’attitude thérapeutique :

non mais…

PERSPECTIVESPERSPECTIVES

Hernie discale exclue

Conflit mécanique discal

prédominant

Conflit mécanique discal discret ou absent

+ Modic I

Infiltration de corticostéroïdes

Oui mais… Oui Oui

Chirurgie Patience… Oui Non

Biothérapie Contre-indiquée

ou pro-TNF

Non Un jour peut-être…

AGENDAAGENDA

1) Analyse cellulaire et moléculaire du DIV

2) Inflammation et DIV

3) Apoptose et DIV

4) Ca sert à quoi?

Apoptose (TUNEL, DAPI)Imunocytochimie

(cytochrome-c)

Modèle murinin vivo

1.3 MPa, 24 heures

Apoptose (PCR, PI, DAPI)Cytométrie (DiOC6, PI)

Activité caspase

Stressmécanique

Modèle in vitro

15%, 24 heures

IRM sequence T2Apoptose (TUNEL, DAPI)

Imunocytochimie (cytochrome-c)

Rachis humain

- 11 doneurs- 33 disques

Correlation positive entre la sévérité de la dégénérescence

discale appréciée par l’IRM et l’importance de la mort cellulaire dans le disque

intervertébral humain dégénéré.

Question : quelle mort, nécroseou apoptose?

APOPTOSE!

Le stress mécanique induitl’apoptose des cellules discales

dans un modèle murinde dégénérescence discale

via l’apoptosome mitochondrial

Induction par le stress mécanique de l’apoptose

des cellules discales via l’apoptosome mitochondrial

CD95/TNF

cytosol

noyau

FADDMitochondrie

Fragmentation du DNAMort cellulaire

par apoptose

Apoptose : signalisation

Caspase 8

Caspase 3

Cytochrome-CCaspase 9

Stressmécanique

AGENDAAGENDA

1) Analyse cellulaire et moléculaire du DIV

2) Inflammation et DIV

3) Apoptose et DIV

4) Ca sert à quoi?

Biothérapie locale de la dégénérescence discale

par une modulation spécifique de l’inflammation et de l’apoptose

1) Limite du modèle biopsychosocial : oublier la lésion2) Limite du concept de l’inutilité de l’imagerie

dans la lombalgie commune : IRM non spécifique

IRM d’une population asymptomatique

REVENONS A LA LESION!!!

Ce signal IRM : hypo T1 et hyper T2 (Modic I) n'est 1) Quasiment jamais observé chez les sujets asymptomatiques 2) Présent chez 5 à 20%des lombalgiques Chroniques3) Facteur prédictifde bonne réponse à la chirurgieDoncprobablement prédictif d’un disque symptomatique

Signification de ce signal IRM ?Signification de ce signal IRM ?

Vital et al , Spine 2003; Weishaupt et al, Radiology 1998

Signification de ce signal IRM ?Signification de ce signal IRM ?

Noiren T1

Blanc en T2Activité

inflammatoirelocale!!!

- IL-6- PGE2- NO

Patients - MéthodePatients - Méthode Type d’étude: Etude prospective sur 6 mois, novembre 2005 –

avril 2006 Contexte: MPR, CHU Cochin Patients: lombalgies chroniques, IRM de moins de 6 mois,

hospitalisation Exclusion: chirurgie lombaire, hernie discale, syndrome

dépressif non contrôlé, SPA, infection, tumeur, fracture, obésité (IMC > 30), diabète, sciatique

Examen clinique: WO et BL en aveugle de l’IRM et de la biologie

IRM: lecture par MR, FR et HG et (radiologue) Biologie: CRPus, seuil de détection 0.43mg/l, DB

RESUMERESUME1) Rationnel clinique, une nouvelle lésion,

la discopathie active lombaire

CONCLUSION : la discopathie active (Modic) est le reflet

1) d’une souffrance discale qui parait cliniquement pertinente

2) inflammation locale : infiltration intradiscale?

3) évolution spécifique

ConclusionsConclusions

Les patients lombalgiques chroniques Modic I semblent avoir un profil clinique et biologique individualisable

Utilité de l’IRM dans la lombalgie chronique Les anomalies de signal Modic I semblent

correspondre à une inflammation locale– discopathie active– rationnel thérapeutique de l’infiltration intradiscale dans

des conditions de sécurité optimale

Propositions de prise en Propositions de prise en chargecharge

Explication claire et précise: information du patient sur sa pathologie, sur la lésion et son évolution

AINS le soir au coucher + corset + antalgiques Cure courte de corticoïdes après évaluation de la balance

bénéfice/risque avec le patient Infiltration épidurale En milieu spécialisé : infiltration intradiscale (25 mg

hydrocortisone) Chirurgie : arthrodèse

Cas particulier de la DDR : infiltration intradiscale en milieu spécialisé

Traitements du futur

Adaptés au type de discopathie et au stade de dégénérescence

INJECTIONS DANS LE DISQUEFacteurs de croissance (Howard 2003)TIMP ’s, Anti TNF, IL1 Ra (Maeda 2000)

THERAPIE GENIQUEPour stimuler l'anabolisme et inhiber le catabolismevecteurs adéno-viraux , système de délivrance massive (Howard 2003)TGF- B , IGF-1 , BMP-2 (Nishida 99, Moon 2001), Sox9 (Paul 2003),IL1-Ra (McCoy 95 ), TIMP-1 (Wallach 2003)Associé ou non à des procédés de réparation tissulaire (Ganey 2003)

CHIRURGIE ADAPTEEIndications et méthodes d'arthrodèse (Chataigner 98, Vital 2003)

Et si c’était des SPA?

Et si c’était des SPA?