FR2917426A1 - REACTOR FOR IMPLEMENTING A BONE TISSUE CULTURE PROCESS - Google Patents

REACTOR FOR IMPLEMENTING A BONE TISSUE CULTURE PROCESS Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé de culture de tissus osseux. Ledit procédé étant du type selon lequel : on fournit des particules d'un matériau compatible avec le tissu osseux ; on fournit des cellules souches de cellules osseuses ; on ensemence lesdites particules avec lesdites cellules souches de cellules osseuses ; on fournit un fluide nutritionnel (31) contenant des éléments nutritionnels destinés à faire proliférer des cellules osseuses ; on délivre lesdits éléments nutritionnels auxdites cellules souches de cellules osseuses par l'intermédiaire d'un écoulement dudit fluide nutritionnel (31); et, selon l'invention on maintient lesdites cellules souches de cellules osseuses à l'intérieur dudit écoulement de façon que ledit écoulement exerce des contraintes mécaniques sur lesdites cellules et que lesdites cellules osseuses prolifèrent sur lesdites particules (35) pour former des grandes de tissu osseux implantables. On récupère ensuite lesdits granules de tissus osseux implantables pour les transplanter.The invention relates to a method for culturing bone tissue. Said method being of the type in which: particles of a material compatible with the bone tissue are provided; bone cell stem cells are provided; said particles are seeded with said bone cell stem cells; providing a nutritional fluid (31) containing nutritional elements for proliferating bone cells; said nutritional elements are delivered to said bone cell stem cells through a flow of said nutritional fluid (31); and according to the invention said bone cell stem cells are maintained within said flow such that said flow exerts mechanical stresses on said cells and said bone cells proliferate on said particles (35) to form large tissue implantable bone. These granules of implantable bone tissue are then recovered for transplanting.

Description

Réacteur pour la mise en oeuvre d'un procédé de culture de tissus osseuxReactor for carrying out a bone tissue culture process

La présente invention se rapporte à un procédé et un dispositif permettant de cultiver du tissu osseux. La greffe osseuse est largement pratiquée, par exemple lorsque à la suite d'exérèse de tumeurs ou encore de tissus osseux infectés, il est nécessaire de combler cette perte de tissus osseux, parfois importante, par une transplantation osseuse. io Aussi, un greffon osseux autologue est-il transplanté pour combler l'espace osseux laissé libre par l'exérèse. Par conséquent, il est tout d'abord nécessaire de déterminer sur le patient par imagerie de la partie osseuse atteinte, les paramètres morphologiques de l'espace osseux à combler, soit sa forme et ses 15 dimensions. Ensuite, le greffon est prélevé sur une autre partie osseuse saine dudit patient en tenant compte des paramètres morphologiques précités. Puis, le greffon est implanté sous une forme massive dans ledit espace à combler de manière à obtenir une continuité mécanique dans ladite partie osseuse atteinte. 20 Cependant, le prélèvement d'un greffon sur le patient déjà affaibli par sa pathologie, n'est pas toujours souhaitable ni possible. Aussi, il a été imaginé de reproduire artificiellement des greffons osseux à la dimension désirée pour ensuite les transplanter dans l'espace osseux à combler. On pourra notamment se référer au document 25 américain US 2005/002910, dans lequel il est décrit un réacteur permettant de produire des greffons osseux de grande taille, par exemple la tête d'un fémur. Cependant, non seulement le temps nécessaire à la production de tels greffons osseux est relativement long mais au surplus, il doit être 30 conformé à l'espace osseux à résorber, ce qui requiert des moyens supplémentaires relativement complexes, et notamment des parois de réacteur déformables.  The present invention relates to a method and a device for culturing bone tissue. The bone graft is widely practiced, for example when following the removal of tumors or infected bone tissue, it is necessary to fill this loss of bone tissue, sometimes important, by bone transplantation. Also, an autologous bone graft is transplanted to fill the bone space left free by the excision. Therefore, it is first necessary to determine on the patient by imaging of the affected bone part, the morphological parameters of the bone space to be filled, its shape and dimensions. Then, the graft is taken from another healthy bone of said patient taking into account the morphological parameters mentioned above. Then, the graft is implanted in a massive form in said space to be filled so as to obtain a mechanical continuity in said bone part reached. However, the removal of a graft from the patient already weakened by his pathology is not always desirable or possible. Also, it was imagined to artificially reproduce bone grafts to the desired size and then transplant them into the bone space to be filled. In particular, it will be possible to refer to US 2005/002910, in which a reactor is described which makes it possible to produce large bone grafts, for example the head of a femur. However, not only is the time required for the production of such bone grafts relatively long, but moreover it must be consistent with the bone space to be resorbed, which requires relatively complex additional means, and in particular deformable reactor walls. .

Aussi, un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente  Also, a problem that arises and that aims to solve this

invention est de fournir un dispositif pour mettre en oeuvre un procédé de  invention is to provide a device for implementing a method of

culture de tissus osseux, qui permette de produire rapidement un tissu  bone tissue culture, which allows rapid tissue production

osseux prêt à être implanté et aussi qui soit relativement simple à mettre 5 en oeuvre. Dans le but de résoudre ce problème, selon un premier aspect, la présente invention propose un procédé de culture de tissus osseux, ledit procédé étant du type selon lequel, on fournit des particules d'un matériau compatible avec le tissu osseux et des cellules souches de cellules  bone ready to be implanted and also relatively simple to implement. In order to solve this problem, according to a first aspect, the present invention provides a method for culturing bone tissue, said method being of the type in which particles of a material compatible with bone tissue and stem cells are provided. of cells

io osseuses ; puis on ensemence lesdites particules avec lesdites cellules souches de cellules osseuses ; aussi, on fournit un fluide nutritionnel contenant des éléments nutritionnels destinés à faire proliférer des cellules osseuses et on délivre lesdits éléments nutritionnels auxdites cellules souches de cellules osseuses par l'intermédiaire d'un écoulement  bone; then said particles are seeded with said bone cell stem cells; also, a nutritional fluid containing nutritional elements for proliferating bone cells is provided and said nutritional elements are delivered to said stem cells of bone cells via a flow

15 dudit fluide nutritionnel ; selon l'invention, on maintient lesdites cellules souches de cellules osseuses à l'intérieur dudit écoulement de façon que ledit écoulement exerce des contraintes mécaniques sur lesdites cellules et que lesdites cellules osseuses prolifèrent sur lesdites particules pour former des granules de tissu osseux implantables ; et enfin, on récupère  Said nutritional fluid; according to the invention, said bone cell stem cells are maintained within said flow such that said flow exerts mechanical stresses on said cells and said bone cells proliferate on said particles to form implantable bone tissue granules; and finally, we recover

20 lesdits granules de tissus osseux implantables pour les transplanter.  20 said implantable bone tissue granules for transplanting.

Ainsi, une caractéristique de l'invention réside dans le mode de production de tissus osseux en faisant proliférer des cellules souches mésenchymateuses sur des particules indépendantes les unes des autres grâce à l'écoulement d'un fluide nutritionnel qui non seulement permet  Thus, a feature of the invention resides in the mode of production of bone tissue by proliferating mesenchymal stem cells on particles independent of each other through the flow of a nutritional fluid that not only allows

25 l'apport des éléments nutritionnels, mais aussi exerce des contraintes mécaniques sur les cellules, ce qui stimule plus encore leur prolifération. Avantageusement, ledit écoulement de fluide nutritionnel à la paroi desdites particules formant une couche limite pariétale, on forme un écoulement apte à exercer des contraintes de cisaillement pariétal  25 supply of nutritional elements, but also exerts mechanical stresses on the cells, which further stimulates their proliferation. Advantageously, said flow of nutritional fluid to the wall of said particles forming a parietal boundary layer forms a flow capable of exerting parietal shear stresses.

30 comprises entre 104 et 10.2 Pa dans ladite couche limite pariétale. Ces contraintes de cisaillement pariétal sont par exemple de l'ordre de 10-3 Pa. De la sorte, on obtient des granules de tissus osseux individualisées que l'on peut ensuite transplanter dans l'espace osseux à combler. Ainsi, dans une certaine mesure, il n'est nul besoin de prévoir à l'avance, ni même de mesurer au préalable le volume de l'espace osseux à combler, puisque les granules de tissus osseux sont produites en relativement grand nombre, et elles sont ensuite insérées par paquet dans l'espace osseux jusqu'à ce qu'il soit entièrement comblé. Ensuite, ces granules de tissus osseux se transforment très rapidement en un implant osseux solide qui s'étend dans l'espace osseux à combler.  Between 104 and 10.2 Pa in said parietal boundary layer. These parietal shear stresses are for example of the order of 10-3 Pa. In this way, individualized bone tissue granules are obtained which can then be transplanted into the bone space to be filled. Thus, to a certain extent, there is no need to predict in advance, or even to measure beforehand the volume of the bone space to be filled, since the granules of bone tissue are produced in relatively large numbers, and they are then inserted per pack into the bone space until it is completely filled. Then, these granules of bone tissue transform very quickly into a solid bone implant that extends into the bone space to be filled.

Selon un mode préféré de mise en oeuvre de l'invention, on fournit  According to a preferred embodiment of the invention, there is provided

io avantageusement un matériau minéral pour fournir lesdites particules, par exemple du phosphate tricalcique ou encore du carbonate de calcium, dont la densité est bien supérieure à la densité de l'eau. On expliquera plus en détail dans la suite de la description, l'avantage de cette densité. Une céramique naturelle ostéo-conductrice à base de corail constitue un  advantageously a mineral material for providing said particles, for example tricalcium phosphate or calcium carbonate, whose density is much higher than the density of water. The advantage of this density will be explained in greater detail in the remainder of the description. A natural osteoconductive coral-based ceramic constitutes a

15 matériau privilégié pour former ces particules, car il est particulièrement peu coûteux. En outre, il est relativement aisé de produire des particules calibrées dans ce matériau.  It is a preferred material for forming these particles because it is particularly inexpensive. In addition, it is relatively easy to produce particles calibrated in this material.

Préférentiellement, on fournit des particules poreuses pour permettre aux cellules de proliférer à l'intérieur de ces particules, comme on  Preferably, porous particles are provided to allow the cells to proliferate within these particles, as

20 l'expliquera dans la description détaillée, ce qui permet une reconstitution plus rapide de tissus osseux sains après transplantation. Et le matériau précité à base de corail présente l'avantage d'être lui-même poreux.  This will be explained in the detailed description, which allows faster reconstitution of healthy bone tissue after transplantation. And the aforementioned coral-based material has the advantage of being itself porous.

Avantageusement, on fournit des particules résorbables c'est-à-dire des particules dont le matériau disparaît peu à peu après l'implantation du  Advantageously, resorbable particles are provided, that is to say particles whose material disappears little by little after the implantation of the

25 greffon pour disparaître complètement à terme. Les particules à base de corail précitées présentent cette qualité. De manière préférée, on fournit des particules dont les dimensions sont comprises entre 0,8 et 5 mm, et par exemple on fournit des particules de formes sensiblement cubiques avec des côtés de 3 mm. Le matériau minéral précité est aisément  25 graft to disappear completely eventually. The above-mentioned coral-based particles have this quality. In a preferred manner, particles having a size of between 0.8 and 5 mm are provided, and for example particles of substantially cubic shape with sides of 3 mm are provided. The aforementioned mineral material is easily

30 conditionné en particules cubiques de cette dimension.  Packaged in cubic particles of this size.

Selon un autre mode préféré de mise en oeuvre de l'invention, le pH du fluide nutritionnel qui s'écoule entre les particules ensemencées et dans lequel baignent les cellules, est maintenu à une valeur comprise entre 7 et 8, par exemple 7,4. Selon un autre aspect, la présente invention propose un réacteur pour culture de tissus osseux, ledit réacteur comprenant une chambre de culture longitudinale dans laquelle sont maintenues des particules d'un matériau compatible avec le tissu osseux, lesdites particules étant destinées à être ensemencées avec des cellules souches de cellules osseuses, ledit réacteur comprenant des moyens pour délivrer des éléments nutritionnels aux particules ensemencées par l'intermédiaire  According to another preferred embodiment of the invention, the pH of the nutritional fluid which flows between the seeded particles and in which the cells are immersed, is maintained at a value of between 7 and 8, for example 7.4 . In another aspect, the present invention provides a bone tissue culture reactor, said reactor comprising a longitudinal culture chamber in which particles of a bone-compatible material are maintained, said particles being intended to be seeded with bone tissue. bone cell stem cells, said reactor comprising means for delivering nutritional elements to the seeded particles via

io d'un écoulement de fluide nutritionnel ; le réacteur comprend des moyens pour maintenir lesdites cellules souches de cellules osseuses à l'intérieur dudit écoulement de façon que ledit écoulement exerce des contraintes mécaniques sur lesdites cellules et que lesdites cellules osseuses prolifèrent sur lesdites particules pour former des granules de tissu  a flow of nutritional fluid; the reactor comprises means for maintaining said bone cell stem cells within said flow such that said flow exerts mechanical stresses on said cells and said bone cells proliferate on said particles to form tissue granules

15 osseux implantables. Ainsi, le réacteur conforme à l'invention permet de maintenir les cellules osseuses au coeur de l'écoulement de fluide nutritionnel, ce qui permet non seulement de délivrer les éléments nutritionnels aux cellules afin qu'elles prolifèrent, mais aussi d'exercer des contraintes mécaniques  Implantable bone. Thus, the reactor according to the invention makes it possible to maintain the bone cells at the heart of the flow of nutritional fluid, which not only enables the nutritional elements to be delivered to the cells so that they proliferate, but also to exert constraints mechanical

20 sur ces cellules qui promeuvent leur prolifération.  20 on these cells that promote their proliferation.

Selon un mode de mise en oeuvre du réacteur particulièrement avantageux, ladite chambre de culture est un tube cylindrique à directrice circulaire, présentant un dimère D et une longueur L, le rapport de la longueur L et du diamètre D étant compris entre 10 et 15. Ce tube  According to a particularly advantageous embodiment of the reactor, said culture chamber is a cylindrical tube with a circular director, having a dimer D and a length L, the ratio of length L and diameter D being between 10 and 15. This tube

25 cylindrique est par exemple réalisé en matière plastique, idéalement transparente, à un coût avantageux, de manière à pouvoir être jeté après un cycle de culture, par exemple de 21 jours. Les particules sont introduites et placées dans le réacteur de manière à occuper un espace cylindrique circulaire d'une hauteur h et d'un diamètre d, le rapport de la  For example, cylindrical cylinders are made of a plastic material, which is ideally transparent at an advantageous cost, so that it can be thrown away after a culture cycle, for example 21 days. The particles are introduced and placed in the reactor so as to occupy a circular cylindrical space of a height h and a diameter d, the ratio of the

30 hauteur h et du diamètre d étant compris de préférence entre 4 et 6, par exemple 5, de façon à obtenir des caractéristiques d'écoulement optimales autour des particules.  The height h and the diameter d being preferably between 4 and 6, for example 5, so as to obtain optimum flow characteristics around the particles.

Avantageusement, ladite chambre de culture est orientée verticalement et lesdites particules sont maintenues dans ladite chambre de culture en appui sur une grille de retenue, de sorte que le fluide nutritionnel s'écoule de manière ascensionnelle à travers ladite grille puis dans la chambre de culture. Ainsi, toutes les particules, dans la chambre de culture, subissent-elles un écoulement à leurs parois, sensiblement identique. En outre, lesdits moyens pour délivrer des éléments nutritionnels auxdites particules ensemencées, comprennent des moyens de pompage  Advantageously, said culture chamber is oriented vertically and said particles are held in said culture chamber resting on a retaining grid, so that the nutritional fluid flows upwardly through said grid and into the culture chamber. Thus, all the particles, in the culture chamber, undergo a flow to their walls, substantially identical. In addition, said means for delivering nutritional elements to said seeded particles comprise pumping means

io destinés à pomper un fluide nutritionnel dans un réservoir selon un débit prédéfini, pour produire ledit écoulement de fluide nutritionnel dans la chambre de culture.  for pumping a nutritional fluid into a reservoir at a predefined rate to produce said flow of nutritional fluid in the culture chamber.

Avantageusement, lesdits moyens de pompage permettent de créer un écoulement dont le débit est compris entre 8 et 15 ml/min, de manière  Advantageously, said pumping means make it possible to create a flow whose flow rate is between 8 and 15 ml / min.

15 à créer un écoulement sensiblement laminaire à la paroi desdites particules ensemencées sans pour autant les entraîner en suspension dans le fluide nutritionnel. Ainsi, durant l'écoulement, les particules demeurent en appui les unes sur les autres, retenues par ladite grille.  15 to create a substantially laminar flow to the wall of said seeded particles without causing them to suspend in the nutritional fluid. Thus, during the flow, the particles remain in abutment on each other, retained by said grid.

D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la  Other features and advantages of the invention will emerge from the

20 lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels :  Reading the following description of a particular embodiment of the invention, given by way of indication but not limitation, with reference to the accompanying drawings in which:

- la Figure 1 est une vue schématique d'un réacteur pour la mise en oeuvre d'un procédé de culture de tissus osseux conformes à l'invention ;  - Figure 1 is a schematic view of a reactor for carrying out a bone tissue culture method according to the invention;

25 - la Figure 2A est une vue schématique d'une partie d'un réacteur tel qu'illustrée sur la Figure 1 ; et,  Figure 2A is a schematic view of a portion of a reactor as illustrated in Figure 1; and,

- la Figure 2B est un diagramme de numération se rapportant à la partie de réacteur représenté sur la Figure 2A.  Figure 2B is a numbering diagram relating to the reactor portion shown in Figure 2A.

La Figure 1 illustre un réacteur pour culture de tissus osseux  Figure 1 illustrates a reactor for bone tissue culture

30 conforme à l'invention. Le réacteur comprend un tube cylindrique 10 en matière plastique à directrice circulaire, d'un diamètre extérieur voisin de 33 mm, et d'une hauteur totale H de 215 mm. Le diamètre intérieur du tube cylindrique 10 est cependant compris entre 10 et 15 mm, par exemple 12 mm. Le tube cylindrique 10 définit une chambre de culture 11 d'une hauteur voisine de 160 mm. On notera que les dessins de la Figure 1 ne sont pas reproduits dans les proportions des dimensions données ci- dessus pour des raisons de clarté.  According to the invention. The reactor comprises a cylindrical tube 10 of plastic material with a circular director, with an outside diameter of about 33 mm, and a total height H of 215 mm. The inside diameter of the cylindrical tube 10 is however between 10 and 15 mm, for example 12 mm. The cylindrical tube 10 defines a culture chamber 11 with a height close to 160 mm. Note that the drawings of Figure 1 are not reproduced in the proportions of the dimensions given above for the sake of clarity.

Une chambre de remplissage 12 est formée à la base du tube cylindrique 10 et elle présente une hauteur de 40 mm pour un diamètre de 26 mm. Une grille d'appui 14 est montée entre la chambre de culture 11 et la chambre de remplissage 12, et elle s'étend selon une section droite du  A filling chamber 12 is formed at the base of the cylindrical tube 10 and has a height of 40 mm for a diameter of 26 mm. A support grid 14 is mounted between the culture chamber 11 and the filling chamber 12, and extends along a straight section of the

io tube cylindrique 10. Cette grille d'appui 14 est formée d'un disque percé d'orifices 15 de 1 mm de diamètre, lesquels orifices sont espacés entre eux d'une distance de 2 mm.  This support grid 14 is formed of a disk pierced with orifices 15 1 mm in diameter, which orifices are spaced apart by a distance of 2 mm.

Le tube cylindrique 10 est monté sensiblement verticalement sur une embase 16 permettant de l'obturer de manière étanche, et cette embase  The cylindrical tube 10 is mounted substantially vertically on a base 16 to seal it tightly, and this base

15 16 présente une ouverture d'entrée 18 qui débouche dans la chambre de remplissage 12 à l'opposé de la grille d'appui 14. Cette ouverture d'entrée 18 est reliée à un réservoir 20 d'une capacité d'au moins 250 ml, par l'intermédiaire d'un conduit d'arrivée 22, lequel conduit d'arrivée 22 traverse une pompe péristaltique 24. Par ailleurs, l'ouverture d'entrée 18  15 16 has an inlet opening 18 which opens into the filling chamber 12 opposite the support grid 14. This inlet opening 18 is connected to a reservoir 20 with a capacity of at least 250 ml, via an inlet conduit 22, which inlet conduit 22 passes through a peristaltic pump 24. In addition, the inlet opening 18

20 est prolongée d'un tube en T 26 situé à l'intérieur de la chambre de remplissage 12 et près de l'ouverture d'entrée 18 ; le tube en T 26 présentant deux ouvertures opposées orientées transversalement dans une direction sensiblement perpendiculaire au tube cylindrique 10.  20 is extended by a T-tube 26 located inside the filling chamber 12 and near the inlet opening 18; the T-tube 26 having two opposite openings oriented transversely in a direction substantially perpendicular to the cylindrical tube 10.

Au surplus, le réacteur présente un obturateur 28 permettant  In addition, the reactor has a shutter 28 allowing

25 d'obturer hermétiquement le tube cylindrique 10 dans sa partie supérieure. Et l'obturateur 28 présente une ouverture de sortie 30 reliée au réservoir 20 par l'intermédiaire d'un conduit de retour 32.  Sealing the cylindrical tube 10 in its upper part. And the shutter 28 has an outlet opening 30 connected to the reservoir 20 via a return duct 32.

Ainsi, la pompe péristaltique 24 est adaptée pour aspirer dans le réservoir 20 un fluide nutritionnel 31 que l'on décrira ci-après et pour le  Thus, the peristaltic pump 24 is adapted to suck in the reservoir 20 a nutritional fluid 31 which will be described hereinafter and for the

30 refouler dans la chambre de remplissage 12 afin qu'il puisse s'écouler dans la chambre de culture 11 à travers la grille d'appui 14, puis ensuite s'échapper par l'ouverture de sortie 30 pour revenir, selon un circuit fermé, dans le réservoir 20 par l'intermédiaire du conduit de retour 32. De la sorte, le fluide nutritionnel s'écoule de manière ascensionnelle dans la chambre de culture 11. On notera que le circuit fermé de fluide nutritionnel est de préférence étanche vis-à-vis de l'atmosphère extérieure.  30 to flow in the filling chamber 12 so that it can flow into the culture chamber 11 through the support grid 14, and then escape through the outlet opening 30 to return, in a closed circuit in the reservoir 20 through the return conduit 32. In this way, the nutritional fluid flows upwardly in the culture chamber 11. It will be noted that the closed circuit of nutritional fluid is preferably sealed against to the outside atmosphere.

Par ailleurs, grâce au tube en T 26, le fluide nutritionnel s'écoule dans la chambre de remplissage 12 et à travers les orifices 15 de la grille d'appui 14 selon des caractéristiques d'écoulement homogènes pour toute la surface de la grille. En réalité, les caractéristiques de cet écoulement qui, en amont de la chambre de culture 11, sont tributaires de la pompe  Moreover, thanks to the T-tube 26, the nutritional fluid flows into the filling chamber 12 and through the orifices 15 of the support grid 14 according to uniform flow characteristics for the entire surface of the grid. In reality, the characteristics of this flow which, upstream of the culture chamber 11, are dependent on the pump

io péristaltique 24, et notamment la vitesse instantanée du flux, sont-elles amorties grâce au tube en T 26. Ainsi, l'écoulement ascensionnel du fluide nutritionnel à l'intérieur de la chambre de culture 11 est-il homogène selon une section de cette chambre de culture 11.  Are the peristaltic 24, and in particular the instantaneous velocity of the flow, damped by the T-tube 26. Thus, is the upward flow of the nutritional fluid inside the culture chamber 11 homogeneous along a section of FIG. this room of culture 11.

Le procédé de culture de tissus osseux conforme à l'invention fait  The bone tissue culture method according to the invention makes

15 aussi appel à des particules d'un matériau minéral, et en l'espèce de particules à base de corail d'espèce Pontes. Ce matériau est essentiellement constitué de carbonate de calcium et les particules formées dans ce matériau sont essentiellement de géométrie cubique avec des côtés d'environ 3 mm de longueur. Par ailleurs, ce matériau est  Also called particles of a mineral material, and in this case particles based on coral Pontes species. This material consists essentially of calcium carbonate and the particles formed in this material are essentially of cubic geometry with sides of about 3 mm in length. Moreover, this material is

20 poreux et il est également résorbable comme on expliquera ci-après.  And is also absorbable as will be explained hereinafter.

Ces particules vont alors être chargées dans la chambre de culture 11 en appui sur la grille d'appui 14, mais auparavant, elles sont ensemencées avec des cellules souches de cellules osseuses. Ces cellules souches, des cellules souches mésenchymateuses (CSMs) et en  These particles will then be loaded into the culture chamber 11 bearing on the support grid 14, but before they are seeded with bone cell stem cells. These stem cells, mesenchymal stem cells (MSCs) and

25 l'espèce une lignée cellulaire murine C3H1OT1/2 contenant 106 cellules par millilitre et, exprimant un marqueur fluorescent, GFP, facilement repérable en microscopie à fluorescence, sont semées sur les particules précitées.  The species a murine C3H1OT1 / 2 cell line containing 106 cells per milliliter and, expressing a fluorescent marker, GFP, easily detectable by fluorescence microscopy, are sown on the aforementioned particles.

Les particules ensemencées, libres, sont alors chargées dans la 30 chambre de culture 11 et au-dessus de la grille d'appui 14 sur une hauteur comprise entre 40 et 60 mm. Les particules ensemencées et chargées forment entre elles des interstices à travers lesquels le fluide nutritionnel va pouvoir s'écouler.  The seeded, free particles are then loaded into the culture chamber 11 and above the support grid 14 over a height of between 40 and 60 mm. The seeded and charged particles form between them interstices through which the nutritional fluid will be able to flow.

S'agissant précisément du fluide nutritionnel, incorporant des éléments nutritionnels et notamment du BME (Based Medium Eagle) et du sérum de veau foetal (SVF), il est introduit dans le réservoir 20 et injecté dans la chambre de remplissage 12 à raison de 10 ml par minute. De la sorte, la chambre de remplissage 12 se remplit progressivement de fluide nutritionnel, lequel s'écoule ensuite à travers la grille d'appui 14 puis entre les particules ensemencées de la chambre de culture 11. Le débit de  With regard specifically to the nutritional fluid, incorporating nutritional elements and in particular BME (Based Medium Eagle) and fetal calf serum (FCS), it is introduced into the reservoir 20 and injected into the filling chamber 12 at a rate of 10. ml per minute. In this way, the filling chamber 12 is gradually filled with nutritional fluid, which then flows through the support grid 14 and between the seeded particles of the culture chamber 11.

io 10 ml par minute est suffisamment modéré, et les particules sont suffisamment denses par rapport à la densité du fluide nutritionnel, pour que l'écoulement ne provoque pas le décollement des particules ensemencées. Ces particules ensemencées demeurent en lit tassé durant l'écoulement, c'est-à-dire en appui les unes sur les autres et elles  10 ml per minute is sufficiently moderate, and the particles are sufficiently dense relative to the density of the nutritional fluid, so that the flow does not cause the separation of the seeded particles. These seeded particles remain in packed bed during the flow, that is to say in support on each other and they

15 sont retenues par la grille d'appui 14. On suppose alors en première approximation, que la porosité de l'ensemble des particules ensemencées en lit tassé , qui équivaut au volume de l'espace occupé par les particules moins le volume total des particules, divisé par ledit volume de l'espace qu'elles occupent, est voisin de 0,5.  15 are retained by the support grid 14. It is then assumed as a first approximation, that the porosity of all the particles sown in packed bed, which is equivalent to the volume of the space occupied by the particles minus the total volume of the particles , divided by the said volume of the space they occupy, is close to 0.5.

20 Ainsi, après avoir chargé 250 particules du type précitées, préalablement ensemencées d'un nombre total de 236 millions de cellules souches, après 15 jours de culture, pour un débit de fluide nutritionnel de 10 ml par minute, on obtient 1 500 millions de cellules, soit plus de six fois plus. Le fluide nutritionnel du réservoir 20 est toutefois remplacé tous les  Thus, after having loaded 250 particles of the aforementioned type, previously inoculated with a total of 236 million stem cells, after 15 days of culture, for a flow of nutrient fluid of 10 ml per minute, 1,500 million cells, more than six times more. The nutritional fluid of the reservoir 20 is, however, replaced every

25 trois jours, car il s'épuise en éléments nutritionnels du fait de la prolifération des cellules et aussi il contient des déchets cellulaires.  Three days, because it is depleted in nutritional elements because of the proliferation of cells and also it contains cellular waste.

Par ailleurs, la surface d'une cellule sur laquelle le fluide nutritionnel exerce des contraintes est sensiblement équivalente à 10.'0 m2. Les cellules adhérant aux particules, elles sont alors soumises à des  Furthermore, the surface of a cell on which the nutritional fluid exerts stresses is substantially equivalent to 10.'0 m2. The cells adhering to the particles, they are then subjected to

30 contraintes de cisaillement d'origine visqueuse de la part du fluide nutritionnel, qui apparaissent alors au sein de la couche limite pariétale ou la couche limite à la paroi. Ce sont ces contraintes, qui exercent des efforts et des forces sur ces cellules. Compte tenu des dimensions du bioréacteur et d'un débit d'écoulement en fluide nutritionnel de 10 ml par minute, on obtient un nombre de Reynolds caractéristique de l'écoulement, voisin de 10. Ce nombre, est caractéristique d'un écoulement de Poiseuille dominé par la viscosité, il est en outre largement inférieur à 2000, valeur du nombre de Reynolds à partir de laquelle l'écoulement n'est plus laminaire et devient turbulent. io Par ailleurs, en considérant que l'ensemble des particules en lit tassé constitue un milieu poreux au travers duquel s'écoule le fluide nutritionnel, on peut alors définir des canaux ou pores équivalents à travers lesquels s'écoule le fluide. Le nombre de Reynolds, caractéristique de l'écoulement dans ces canaux, est alors sensiblement divisé par deux,  30 shear stresses of viscous origin from the nutritional fluid, which then appear within the parietal boundary layer or the boundary layer to the wall. These are the stresses that exert forces and forces on these cells. Given the size of the bioreactor and a flow rate of nutrient fluid of 10 ml per minute, we obtain a Reynolds number characteristic of the flow, close to 10. This number is characteristic of a Poiseuille flow. Viscosity-dominated, it is also well below 2000, the value of the Reynolds number from which the flow is no longer laminar and becomes turbulent. Moreover, considering that all the packed-bed particles constitute a porous medium through which the nutritional fluid flows, it is then possible to define equivalent channels or pores through which the fluid flows. The Reynolds number characteristic of the flow in these channels is then substantially divided by two,

15 soit voisin de 5. A fortiori, l'écoulement du fluide nutritionnel à travers ces canaux ou pores est caractéristique des écoulements laminaires.  It is close to 5. A fortiori, the flow of the nutritional fluid through these channels or pores is characteristic of laminar flows.

Les contraintes de cisaillement pariétal dans ces canaux sont alors, en appliquant les lois classiques de l'écoulement des fluides dans un tube, d'environ 4.10-3 Pa. Aussi, les forces associées rapportées à la  The parietal shear stresses in these channels are then, by applying the conventional laws of the flow of fluids in a tube, of approximately 4.10-3 Pa. Also, the associated forces referred to the

20 surface d'une cellule sont de l'ordre de 4.10-13 N, soit de 40 pico Newton (pN). On obtient alors des granules d'un matériau biohybride osseux constitué respectivement d'une particule de corail enduite de colonies cellulaires de types cellules osseuses. On se reportera d'abord à la Figure  The surface area of a cell is of the order of 4.10-13 N, ie 40 pico Newton (pN). Granules of a bone biohybrid material consisting of a coral particle coated with bone cell type cell colonies are then obtained. We will first refer to Figure

25 2A sur laquelle sont représentées schématiquernent des strates 33 de particules de corail 35, les unes sur les autres et de la première 34, au contact d'une grille d'appui 14' à la quatorzième et dernière, 36, située vers l'ouverture de sortie 30', puis ensuite à la Figure 2B illustrant la quantité de cellules présente sur les granules des différentes strates  2A, schematically showing strata 33 of coral particles 35 on top of each other and first 34, in contact with a support grid 14 'at the fourteenth and last, 36, located towards the 30 'exit aperture, and then to Figure 2B illustrating the amount of cells present on the granules of the different strata

30 après 21 jours de culture. Cette quantité de cellules est comptabilisée par l'index de prolifération cellulaire qui est le rapport du nombre de cellules à l'instant t = 21 jours et du nombre de cellules initialement ensemencées.  30 after 21 days of culture. This quantity of cells is counted by the cell proliferation index, which is the ratio of the number of cells at the instant t = 21 days and the number of cells initially seeded.

L'index et de prolifération cellulaire est porté en abscisse sur une échelle allant de 0 à 10, tandis que le numéro de chacune des strates est reporté en ordonnée sur une échelle allant de 1 à 14 et correspondant précisément aux strates successives. Ainsi, sous la forme d'un histogramme, le diagramme de la Figure 2B, reporte horizontalement pour chacune des strates 33, l'index de prolifération sous la forme d'un trait épais dont l'extrémité correspond à cet index.  The index and cell proliferation is plotted on the abscissa on a scale from 0 to 10, while the number of each of the strata is plotted on the y-axis on a scale from 1 to 14 and corresponding precisely to the successive strata. Thus, in the form of a histogram, the diagram of Figure 2B, reports horizontally for each of the strata 33, the proliferation index in the form of a thick line whose end corresponds to this index.

Ainsi, on observe que la prolifération des cellules varie entre 7 et 8 fois le nombre de cellules initiales après 21 jours de culture et ce, quelle  Thus, it is observed that the proliferation of the cells varies between 7 and 8 times the number of initial cells after 21 days of culture and this, what

io que soit la strate de particules considérées entre la première 34 et la quatorzième 36. Par conséquent, il apparaît que la prolifération des cellules est sensiblement identique sur toutes les strates de particules ensemencées, de la première 34 à la quatorzième 36, ce qui signifie que les conditions d'apport en éléments nutritionnels sont sensiblement  the stratum of particles considered between the first 34 and the fourteenth 36. Therefore, it appears that the proliferation of the cells is substantially identical on all the strata of seeded particles, from the first 34 to the fourteenth 36, which means that the conditions of contribution in nutritional elements are substantially

15 identiques, quelle que soit la position des particules au sein de la chambre de culture 11. Cela signifie que les conditions d'écoulement sont relativement homogènes autour des particules ensemencées, de la première 34 à la dernière strate 36.  Identical, regardless of the position of the particles within the culture chamber 11. This means that the flow conditions are relatively homogeneous around the seeded particles, from the first 34 to the last stratum 36.

Cette caractéristique est déterminante puisque le matériau  This characteristic is decisive since the material

20 biohybride prêt à être implanté et qui comporte une pluralité de granules doit présenter une concentration cellulaire relativement homogène pour toutes les granules. On notera que la totalité des cellules osseuses cultivées durant 21 jours sur 250 particules selon le mode de mise en oeuvre décrit ci-dessus, permettent de combler un défaut osseux d'un  A biohybrid ready to be implanted and having a plurality of granules must have a relatively homogeneous cell concentration for all the granules. It will be noted that all the bone cells cultured for 21 days on 250 particles according to the embodiment described above, make it possible to fill a bone defect of a

25 volume compris entre 850 et 900 mm3. Toutefois, si l'on souhaite combler un espace osseux plus important, il est possible dans une certaine mesure d'augmenter le nombre de particules ensemencées initialement chargées dans la chambre de culture 11. Si l'espace osseux à combler est très important, ou si plusieurs espaces osseux doivent être comblés  Volume between 850 and 900 mm3. However, if it is desired to fill a larger bone space, it is possible to a certain extent to increase the number of particles seeded initially loaded in the culture chamber 11. If the bone space to be filled is very important, or if multiple bone spaces need to be filled

30 simultanément, il convient de prévoir un réacteur d'une taille supérieure dont les dimensions seraient déterminées par homothétie par rapport au réacteur précité. Par exemple, les dimensions d'un tel nouveau réacteur pourraient être du double de celui qui est illustré sur la figure 1. Moyennant un ajustement du débit en fluide nutritionnel, on obtiendrait alors des conditions d'écoulement de ce fluide nutritionnel, entre les particules ensemencées, totalement analogues à celles que l'on obtient dans le réacteur ici décrit. Au surplus, selon le mode de mise en oeuvre de l'invention illustré sur la Figure 1, on vérifie l'absence d'abrasion des granules du matériau biohybride tout au long de la culture, laquelle abrasion pourrait provenir de l'écoulement du fluide nutritionnel. Pour cela, on mesure le taux de io calcium du fluide nutritionnel durant les 21 jours de culture et on vérifie qu'il oscille entre 3 et 4 millimoles par litre. Par ailleurs, les cellules qui se multiplient sur les particules de corail ne se détachent pas. Car en effet, si on mesure initialement une quantité de un million de cellules dans le fluide nutritionnel, au bout de six jours, il n'en reste plus que 250 000 environ et 15 ce nombre n'évolue plus jusqu'au 21e jour. En outre, durant les 21 jours de culture, le pH du fluide nutritionnel demeure constant au voisinage de 7,4. On notera que le maintien du pH à un pH physiologique est déterminant pour la survie et le développement des cellules souches mésenchymateuses ; et que contrairement aux 20 techniques de l'art antérieur, le procédé selon l'invention ne nécessite aucune régulation particulière de ce pH. Par ailleurs, les particules du matériau utilisé, à base de corail d'espèce Porites, constitue des matrices poreuses à l'intérieur desquels les cellules osseuses peuvent également proliférer.  At the same time, it is necessary to provide a reactor of a larger size, the dimensions of which would be determined by homothety with respect to the aforementioned reactor. For example, the dimensions of such a new reactor could be twice that shown in Figure 1. By means of an adjustment of the flow rate of nutritional fluid, it would then obtain flow conditions of this nutritional fluid, between the particles seeded, totally similar to those obtained in the reactor described here. In addition, according to the embodiment of the invention illustrated in FIG. 1, the absence of abrasion of the granules of the biohybrid material is verified throughout the culture, which abrasion could come from the flow of the fluid. nutritional. For this, the calcium level of the nutritional fluid is measured during the 21 days of culture and it is verified that it oscillates between 3 and 4 millimoles per liter. Moreover, cells that multiply on coral particles do not come off. Indeed, if we initially measure a quantity of one million cells in the nutritional fluid, after six days, there remains only about 250,000 and 15 this number does not evolve until the 21st day. In addition, during the 21 days of culture, the pH of the nutritional fluid remains constant at around 7.4. It should be noted that the maintenance of the pH at a physiological pH is crucial for the survival and development of the mesenchymal stem cells; and that contrary to prior art techniques, the method according to the invention does not require any particular regulation of this pH. In addition, the particles of the material used, based on coral Porites species, constitute porous matrices within which the bone cells can also proliferate.

25 Ainsi, grâce au procédé de culture de tissus osseux conforme à l'invention et au réacteur permettant sa mise en oeuvre, la prolifération des cellules osseuses à partir de cellules souches mésenchymateuses, est optimal car les transferts d'éléments nutritionnels, d'oxygène et de déchets cellulaires notamment, entre le fluide nutritionnel et les cellules 30 s'opèrent de manière rapide compte tenu de l'écoulement du fluide nutritionnel à travers les particules. Les transferts de matière par diffusion et par convection sont par nature augmentés, par rapport à des cellules cultivées dans un fluide nutritionnel statique. Outre les transferts de matière, qui permettent de nourrir les cellules, les contraintes mécaniques, notamment de pression et de cisaillement, exercées sur les cellules par le fluide nutritionnel qui s'écoule entre les particules, permettent d'augmenter la prolifération et la différenciation des cellules souches. Ainsi, le procédé de culture selon l'invention, permet d'augmenter de façon très significative la productivité de la culture de cellules osseuses. io Au surplus, le réacteur mettant en oeuvre le procédé, fonctionne en circuit fermé et seul le réservoir de fluide nutritionnel est changé durant un cycle de production, ce qui évite non seulement les contaminations de la culture de cellules osseuses, mais aussi les temps de manipulations. D'ailleurs, le changement de réservoir peut être automatisé.Thus, thanks to the bone tissue culture method according to the invention and to the reactor allowing its implementation, the proliferation of bone cells from mesenchymal stem cells is optimal because the transfer of nutrients, oxygen and cell waste in particular, between the nutritional fluid and the cells 30 operate quickly in view of the flow of the nutritional fluid through the particles. Diffusion and convective material transfers are by nature increased relative to cells cultured in a static nutritional fluid. In addition to the material transfers, which feed the cells, the mechanical stresses, in particular pressure and shear, exerted on the cells by the nutritional fluid which flows between the particles, make it possible to increase the proliferation and the differentiation of the cells. stem cells. Thus, the culture method according to the invention makes it possible to increase very significantly the productivity of the bone cell culture. In addition, the reactor implementing the method operates in a closed circuit and only the reservoir of nutritional fluid is changed during a production cycle, which avoids not only contaminations of the bone cell culture, but also the contact time. manipulation. Moreover, the tank change can be automated.

15 Par ailleurs, la conception du réacteur est relativement simple et il peut être réalisé dans un matériau jetable à un coût avantageux.Moreover, the design of the reactor is relatively simple and it can be made of a disposable material at an advantageous cost.

Claims (16)

REVENDICATIONS 1. Procédé de culture de tissus osseux, ledit procédé étant du type selon lequel : - on fournit des particules (35) d'un matériau compatible avec le tissu osseux ; - on fournit des cellules souches de cellules osseuses ; -on ensemence lesdites particules avec lesdites cellules souches de cellules osseuses ; io - on fournit un fluide nutritionnel (31) contenant des éléments nutritionnels destinés à faire proliférer des cellules osseuses ; - on délivre lesdits éléments nutritionnels auxdites cellules souches de cellules osseuses par l'intermédiaire d'un écoulement dudit fluide nutritionnel (31) ; 15 caractérisé en ce qu'on maintient lesdites cellules souches de cellules osseuses à l'intérieur dudit écoulement de façon que ledit écoulement exerce des contraintes mécaniques sur lesdites cellules et que lesdites cellules osseuses prolifèrent sur lesdites particules (35) pour former des granules de tissu osseux implantables ; 20 et en ce qu'on récupère lesdits granules de tissus osseux implantables pour les transplanter.  A method of culturing bone tissue, said method being of the type in which: particles (35) of a material compatible with bone tissue are provided; - Stem cells of bone cells are provided; said particles are seeded with said bone cell stem cells; providing a nutritional fluid (31) containing nutritional elements for proliferating bone cells; said nutritional elements are delivered to said stem cells of bone cells via a flow of said nutritional fluid (31); Characterized by maintaining said bone cell stem cells within said flow such that said flow exerts mechanical stresses on said cells and said bone cells proliferate on said particles (35) to form tissue granules implantable bone; And in that said implantable bone tissue granules are recovered for transplanting. 2. Procédé de culture selon la revendication 1, caractérisé en ce que, ledit écoulement de fluide nutritionnel à la paroi desdites particules formant une couche limite pariétale, on forme un écoulement apte à 25 exercer des contraintes de cisaillement pariétal comprise entre 10-4 et 10-2 Pa dans ladite couche limite pariétale.  2. A culture method according to claim 1, characterized in that, said flow of nutritional fluid to the wall of said particles forming a parietal boundary layer, forms a flow capable of exerting wall shear stresses of between 10-4 and 10-2 Pa in said parietal boundary layer. 3. Procédé de culture selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on fournit un matériau minéral pour fournir lesdites particules (35).  3. Culture method according to claim 1 or 2, characterized in that provides a mineral material to provide said particles (35). 4. Procédé de culture selon l'une quelconque des revendications 30 1 à 3, caractérisé en ce qu'on fournit des particules calibrées.  4. Culture method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it provides calibrated particles. 5. Procédé de culture selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on fournit des particules poreuses.  5. Culture method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that provides porous particles. 6. Procédé de culture selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on fournit des particules résorbables.  6. Culture method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it provides resorbable particles. 7. Procédé de culture selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce lesdites particules (35) présentent des dimensions comprises entre 0,8 et 5 millimètres.  7. The culture method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that said particles (35) have dimensions between 0.8 and 5 millimeters. 8. Procédé de culture selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on fournit des particules (35) présentant une forme sensiblement cubique.  8. Culture method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that provides particles (35) having a substantially cubic shape. 9. Procédé de culture selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lesdites particules (35) comprennent du carbonate de calcium.  9. The culture method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that said particles (35) comprise calcium carbonate. 10. Procédé de culture selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'on maintien le pH dudit fluide nutritionnel (31) entre 7 et 8.  10. The culture method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that maintaining the pH of said nutritional fluid (31) between 7 and 8. 11. Réacteur pour culture de tissus osseux, ledit réacteur comprenant une chambre de culture (11) longitudinale dans laquelle sont maintenues des particules (35) d'un matériau compatible avec le tissu osseux, lesdites particules étant destinées à être ensemencées avec des cellules souches de cellules osseuses, ledit réacteur comprenant des moyens pour délivrer des éléments nutritionnels aux particules ensemencées par l'intermédiaire d'un écoulement de fluide nutritionnel (31) ; caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (10,12,14,16, 26) pour maintenir lesdites cellules souches de cellules osseuses à l'intérieur dudit écoulement de façon que ledit écoulement exerce des contraintes mécaniques sur lesdites cellules et que lesdites cellules osseuses prolifèrent sur lesdites particules pour former des granules de tissu osseux implantables.  11. Reactor for bone tissue culture, said reactor comprising a longitudinal growth chamber (11) in which particles (35) of bone-compatible material are held, said particles being intended to be seeded with stem cells bone cells, said reactor comprising means for delivering nutrients to the seeded particles via a nutritional fluid flow (31); characterized by comprising means (10, 12, 14, 16, 26) for maintaining said bone cell stem cells within said flow such that said flow exerts mechanical stresses on said cells and said cells bones proliferate on said particles to form implantable bone tissue granules. 12. Réacteur selon la revendication 11, caractérisé en ce que ladite chambre de culture (11) est un tube cylindrique à directrice circulaire, présentant un dimère D et une longueur L, le rapport de la longueur L et du diamètre D étant compris entre 10 et 15.  12. Reactor according to claim 11, characterized in that said culture chamber (11) is a cylindrical tube with a circular director, having a dimer D and a length L, the ratio of length L and diameter D being between 10 and 15. 13. Réacteur selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que ladite chambre de culture est orientée verticalement et en ce que lesdites particules (35) sont maintenues dans ladite chambre de culture (11) en appui sur une grille de retenue (14).  13. Reactor according to claim 11 or 12, characterized in that said culture chamber is oriented vertically and in that said particles (35) are held in said culture chamber (11) resting on a retaining grid (14). . 14. Réacteur selon la revendication 13, caractérisé en ce que ledit écoulement de fluide nutritionnel est produit à travers ladite grille (14).  14. Reactor according to claim 13, characterized in that said flow of nutritional fluid is produced through said grid (14). 15. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que lesdits moyens pour délivrer des éléments nutritionnels auxdites particules ensemencées, comprennent des moyens de pompage (24) pour produire ledit écoulement de fluide nutritionnel (31).  15. Reactor according to any one of claims 11 to 14, characterized in that said means for delivering nutritional elements to said seeded particles comprises pumping means (24) for producing said nutrient fluid flow (31). 16. Réacteur selon la revendication 15, caractérisé en ce que lesdits moyens de pompage (24) permettent de créer un écoulement dont le débit est compris entre 8 et 15 ml/min.15  16. Reactor according to claim 15, characterized in that said pumping means (24) can create a flow whose flow rate is between 8 and 15 ml / min.
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