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Influence of cyclic bending loading on in vivo skeletal tissue regeneration from periosteal origin - 30/11/10

Doi : 10.1016/j.otsr.2010.07.006 
D. Moukoko a, b, d, D. Pourquier a, c, M. Pithioux d, , P. Chabrand d
a Experimental Surgery Research Laboratory, School of Medicine, Montpellier I University, 4, boulevard Henri IV, 34000 Montpellier, France 
b Paediatric Orthopaedic Surgery Department, Les Fontaines Private Hospital, 54, boulevard Aristide-Briand, 77007 Melun, France 
c Pathology Research Laboratory, CRLC Val-d’Aurelle-P.-Lamarque, 208, rue Apothicaires, 34298 Montpellier cedex 5, France 
d UMR 6233, CNRS/Méditerranée University, EJ Marey Motion Sciences Research Institute, GIBO Group, ISM, 163, avenue de Luminy, case postale 918, 13288 Marseille cedex 09, France 

Corresponding author.

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Summary

Introduction

Periosteum osteogenic and chondrogenic properties stimulate the proliferation then differentiation of mesenchymal precursor cells originating from its deeper layers and from neighboring host tissues. The local mechanical environment plays a role in regulating this differentiation of cells into lineages involved in the skeletal regeneration process.

Hypothesis

The aim of this experimental animal study is to explore the influence of cyclic high amplitude bending-loading on skeletal tissue regeneration. The hypothesis is that this mechanical loading modality can orient the skeletogenesis process towards the development of anatomical and histological articular structures.

Material and methods

A vascularised periosteal flap was transferred in close proximity to each knee joint line in 17 rabbits. On one side, the tibiofemoral joint space was bridged and loading occurred when the animal bent its knee during spontaneous locomotion. On the other side, the flap was placed 12mm distal to the joint line producing no loading during bending. Tissue regeneration was chronologically analyzed on histologic samples taken from the 4th day to the 6th month.

Results

The structure and mechanical behavior of regenerating tissue evolved over time. As a result of the cyclic bending-loading regimen, cartilage tissue was maintained in specific areas of the regenerating tissue. When loading was discontinued, final osteogenic and fibrogenic differentiation occurred in the neoformed cartilage. Fissures developed in the cartilage aggregates resulting in pseudo-gaps suggesting similar processes to embryonic articular development. Ongoing mesenchymal stem cells stimulation was identified in the host tissues contiguous to the periosteal transfer.

Discussion

These results suggest that the pseudarthrosis concept should be reconsidered within the context of motion induced articular histogenesis.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Animal, Bone regeneration, Bone healing and repair, Cell differentiation, Chondrogenesis, Mechanotransduction, Mesenchymal stem cells, Periosteum


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Vol 96 - N° 8

P. 833-839 - décembre 2010 Retour au numéro
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  • Arthroplasty following a septic arthritis history: A 53 cases series
  • T. Bauer, S. Lacoste, L. Lhotellier, P. Mamoudy, A. Lortat-Jacob, P. Hardy

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