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Metaplastic woven bone in bone metastases: A Fourier-transform infrared analysis and imaging of bone quality (FTIR) - 18/06/18

Le tissu osseux métaplasique dans les métastases osseuses : analyse et imagerie de la qualité osseuse en microscopie infra-rouge à transformée de Fourier (FTIR)

Doi : 10.1016/j.morpho.2018.02.002 
D. Chappard a, , G. Mabilleau a, C. Masson a, b, A. Tahla c, E. Legrand a, b
a Groupe études remodelage osseux et biomatériaux, Gerom, SFR 42–08, université d’Angers, IRIS-IBS, institut de biologie en santé, CHU d’Angers, 49933 Angers cedex, France 
b Service de rhumatologie, CHU d’Angers, 49033 Angers cedex, France 
c Département de chirurgie osseuse, CHU d’Angers, 49033 Angers cedex, France 

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Summary

Most osteolytic tumors are in fact mixed and contain an osteoblastic component associated with the predominant osteolytic areas. This metaplastic woven bone is always evidenced by histological analysis even in the absence of radiological expression. Metaplastic bone formation reflects the activation of new osteoblasts coming from the stimulation of the dormant lining cells. Twelve patients with secondary metastases of the iliac crest evidenced by hot spots on a 99Tc-MBP san were diagnosed by histomorphometry on bone biopsies. Fourier Transformed InfraRed analysis and Imaging (FTIRI) was used on 4μm thick sections of undecalcified bone. The mineralization degree, carbonate substitution, crystallinity and the cross-links ratio of collagen (1660/1690cm−1 bands) were determined. The matrix characteristics were analyzed and imaged in the pre-existing residual bone and in the metaplastic woven bone in the vicinity of the tumor cells. FTIRI provided images of the phosphate, amide and combination of peak ratio after having selected the peaks of interest. In addition, the matrix properties can be measured and compared between the old and newly-formed bones. Woven bone appeared poorly calcified with a low phosphate/amide ratio (P=0.03) crystallinity (P<0.0001) and carbonate substitution (P=0.003). Collagen was less mature as evidenced by lower cross-links (P=0.01). Woven bone associated with bone metastasis appears poorly mineralized and rapidly elaborated by osteoblasts. The collagenous phase of the bone matrix has a low level of reticulation. FTIRI is a powerful tool to measure and visualize the various components of the bone matrix in human diseases.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Résumé

La plupart des tumeurs ostéolytiques sont en fait mixtes et contiennent un composant ostéoblastique associé aux zones ostéolytiques qui prédominent. Cet os métaplasique fibreux, non lamellaire, est toujours mis en évidence histologiquement même en l’absence d’expression radiologique. La formation d’os métaplasique reflète l’activation de nouveaux ostéoblastes provenant de la stimulation des cellules bordantes. Douze patients présentant des métastases osseuses secondaires mises en évidence par des foyers chauds en scintigraphie au 99Tc-MBP ont été diagnostiqués en histomorphométrie sur des biopsies osseuses de la crête iliaque. L’analyse et l’imagerie infrarouges à transformée de Fourier (FTIRI) ont été utilisées sur des coupes de 4μm d’épaisseur d’os non décalcifié. La minéralisation, le taux de substitution par des carbonates, la cristallinité et le rapport des cross-links du collagène (bandes à 1660/1690cm−1) ont été déterminés. Les caractéristiques de la matrice osseuse ont été analysées et imagées dans l’os résiduel préexistant et dans l’os métaplasique au voisinage des cellules tumorales. La FTIRI a fourni des images de la distribution des phosphates, des amides et des rapports de combinaisons de pics après avoir sélectionné les pics d’intérêt. De plus, les propriétés de la matrice ont pu être mesurées et comparées entre l’os résiduel et l’os métaplasique. Ce dernier est apparu faiblement calcifié avec un rapport phosphate/amide (p=0,03), une cristallinité (p<0,0001) et une substitution carbonate (p=0,003) réduits. Le collagène était moins mature comme en témoignent une plus faible quantité de cross-links (p=0,01). L’os métaplasique au cours des métastases osseuses apparaît faiblement minéralisé et rapidement élaboré par les ostéoblastes. La phase collagénique de la matrice osseuse présente un faible taux de réticulation. La FTIRI est un outil puissant pour mesurer et visualiser les différents composants de la matrice osseuse dans les ostéopathies humaines.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Bone metastasis, FTIR, Woven bone, Osteosclerosis, Infra-red microscopy


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Vol 102 - N° 337

P. 69-77 - juin 2018 Retour au numéro
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