Cellular culture of osteoblasts and fibroblasts on porous calcium‐phosphate bone substitutes
Culture cellulaire d'ostéoblastes et de fibroblastes sur substituts osseux poreux en phosphate de calcium
Résumé
Purpose of the study: Calcium phosphate ceramics are synthetic bone substitutes able to fill in bone destruction as a support of the bone growth. This work consisted in an in vitro assessment of osteoblasts and fibroblasts cultures on macroporous calcium-phosphate bone substitutes to analyze the interaction between cells and bone substitute.
Materials and methods: The macroporous ceramic was composed of 70% hydroxyapatite and 30% tri-calcium phosphate with known mechanical and physico-chemical properties. Three compounds were processed with different size of macropore and with or without microporosity on their surface. Cells were seeded on discs measuring 10 mm in diameter and 2 mm in thickness. Cellular viability was evaluated by the MTT test for every stage of observation. An histological study to observe the invasion in the depth of discs was performed. Scanning electron microscopy was used to analyze the cellular comportment in contact with the surface of substitutes.
Results: An exponential cellular growth was effective on each substitute with the two cellular types. Cells spread on the surface of the compounds covering macropores and colonized the depth of the discs. A size of macropore of 300 microm or more seemed to support this invasion. 15 microm sized interconnections appeared to be effective to allow cell migration between macropores. The cell proliferation was similar on substitutes with or without microporosity.
Conclusion: Biomaterials currently used as bone substitute are more or less osteoconductive but they have no osteoinductive property. A hybrid association of calcium-phosphate ceramic with osteogenic cells should promote the development of a calcium phosphate compound with osteoinductive capacity.
Les céramiques en phosphate de calcium sont des substituts osseux synthétiques capables de combler des pertes de substance osseuse en servant de support à la repousse osseuse. Ce travail a consisté à étudier in vitro la culture d'ostéoblastes et de fibroblastes sur trois matériaux synthétiques de phosphate de calcium composés de 70 % d'hydroxyapatite et de 30 % de phosphate tricalcique-bêta. Ils se différenciaient par la taille de leurs macropores et par la présence ou non de microporosités sur leurs parois. Les caractéristiques mécaniques et physico-chimiques de chaque composé ont été analysées. Les cultures cellulaires ont été réalisées sur des disques de 10 mm de diamètre et 2 mm d'épaisseur. La viabilité cellulaire a été évaluée par test MTT à chaque temps d'observation. Une étude histologique appréciant l'invasion en profondeur des disques a été menée et la microscopie électronique à balayage a permis d'apprécier le comportement cellulaire au contact et à la surface du substitut. Il n'a pas été observé de cytotoxicité des trois composés. La croissance cellulaire s'est déroulée sur chaque substitut et pour chaque type cellulaire de manière exponentielle. Les cellules se sont développées en surface des composés en pontant les macropores et ont colonisé la profondeur des disques. Les macropores de plus de 300 µm ont semblé favoriser cette invasion. Une taille d'interconnexion de 15 µm est apparue suffisante pour permettre le passage cellulaire entre les macropores. La présence ou non de microporosités sur les parois n'a pas engendré de différence significative sur la prolifération cellulaire. Actuellement, les substituts osseux sont ostéoconducteurs mais non ostéo-inducteurs. L'association d'une culture de cellules ostéoblastiques sur un composé macroporeux de phosphate de calcium synthétique pourrait permettre la réalisation d'un substitut osseux ayant des propriétés ostéoinductrices.
