«LYOS : Ostéoporose, Métastases Osseuses, Lyon» www.lyos.fr
Il s’agit de l’unité INSERM 1033 (Lyon) dirigée par le Dr. Philippe Clézardin et intitulée “Physiopathologie, Diagnostic et Traitements des Maladies Osseuses”. Elle développe, à partir de données fondamentales, une recherche translationnelle et clinique sur les maladies osseuses bénignes et malignes.
EQUIPE 1 (Prof. Roland Chapurlat): Approches Epidémiologique et Clinique des Maladies Osseuses. L’équipe a pour objectif d’aborder les maladies osseuses comme l’ostéoporose dans une approche de recherche clinique, à l’aide de plusieurs cohortes épidémiologiques (OFELY, QUALYOR, STRAMBO), ainsi que de tester des traitements dans le cadre d’essais cliniques en oncologie (NEOZOL). Les relations de l’ostéoporose avec d’autres pathologies comme les maladies cardio-vasculaires et l’insuffisance rénale sont également concernées. De nouvelles techniques biologiques et d’imagerie, utilisées par très peu d’équipes dans le monde, sont utilisées. La prise en charge clinique des malades atteints de ces maladies osseuses est susceptible d’être fortement modifiée par les résultats de nos travaux.
Qualité Osseuse et Prédiction de la Fragilité Osseuse
Amélioration de la prédiction des fractures chez la femme. Nos objectifs sont: a) l’analyse longitudinale du risque de fracture vertébrale et non vertébrale à 10 ans, et sa relation avec les variables architecturales. L’analyse prendra aussi en compte les déterminants cliniques, la DMO mesurée par DXA, l’analyse de texture, le niveau de remodelage osseux, l’analyse d’éléments finis, et concernera les femmes dont la DMO est basse mais aussi celles dont la DMO est modérément ou peu abaissée ; b) la comparaison de la prédiction des fractures à 10 ans obtenue avec les variables architecturales et avec le score FRAX ; c) l’analyse longitudinale de la variation des variables architecturales sur 10 ans, y compris chez les femmes en péri-ménopause ; d) l’analyse des déterminants de ces variations architecturales: cliniques (âge, composition corporelle, ménopause…), environnementaux (nutrition, activité physique…), biochimiques (marqueurs) et hormonaux.
Déterminants de la perte osseuse et des fractures chez l’homme. Les facteurs de risque de fracture actuellement utilisés chez l’homme ne permettent pas un dépistage suffisant de la population à risque de fracture. De nouveaux facteurs méritent d’être établis, à l’aide d’explorations de l’architecture osseuse notamment (cohorte STRAMBO).
2. Ostéoporose et Maladies Cardiovasculaires
Relation entre ostéoporose et maladies cardiovasculaires chez l’homme. Une relation épidémiologique entre les maladies cardiovasculaires et l’ostéoporose a été observée chez la femme, et les explications biologiques sont en cours d’exploration. Il n’y a en revanche que très peu de données chez l’homme, alors que les maladies cardiovasculaires sont plus fréquentes. Les marqueurs cliniquement utiles de l’association entre les maladies cardiovasculaires et la fragilité osseuse chez l’homme restent donc à déterminer. Dans l’analyse transversale, nous analysons l’association de ces marqueurs avec les variables cardiovasculaires de base et le statut osseux. Dans l’analyse prospective, nous évaluons leur utilité pour prédire les fractures et les événements cardiovasculaires, ainsi que la détérioration de la microarchitecture et des calcifications aortiques. Nous déterminons si certains de ces marqueurs sont utiles pour détecter les hommes à risque élevé de fracture et d’événement cardiovasculaire.
Relation entre maladie cardiovasculaire, nutrition et ostéoporose chez l’insuffisant rénal chronique. Les patients insuffisants rénaux chroniques développent de façon rapide des calcifications vasculaires et ont un risque élevé d’événements cardiovasculaires. Ils souffrent aussi d’hyperparathyroïdie secondaire et d’une perte osseuse accélérée. Nous allons caractériser les modifications probablement précoces de la microarchitecture et leur relation avec la fonction rénale, avec les variables nutritionnelles ainsi que les facteurs de risque et les événements cardiovasculaires chez des insuffisants rénaux chroniques.
Modifications de la Qualité Osseuse en Réponse aux Traitements à Visée Osseuse
L’évaluation clinique des médicaments de l’ostéoporose nécessitent actuellement la réalisation d’essais cliniques randomisés contrôlés contre placebo sur 3 ans, mesurant la variation du risque de fracture par fragilité. L’existence de nombreux traitements ayant démontré leur efficacité anti-fracturaire rend l’inclusion de patients sous placebo de plus en plus difficile éthiquement. En outre, la conduite d’essais contrôlés contre un traitement de référence est extrêmement complexe car les tailles d’échantillons sont considérables. Le développement de critères intermédiaires est donc vital pour la poursuite du développement de nouveaux traitements à visée osseuse.
Nous disposons de données d’une cohorte de patients fracturés traités par bisphosphonates ou par teriparatide. Une analyse des modifications des variables architecturales et de la résistance osseuse par analyse d’éléments finis va être réalisée, en utilisant les résultats de mesures par HR-pQCT aux tibia et radius distaux. Nos principaux objectifs sont de démontrer en réponse aux traitements: 1) des modifications architecturales précoces, 2) une augmentation de la résistance osseuse.
Cancer et Progression Métastatique Osseuse
Un essai clinique (NEOZOL) comparant les effets de l’acide zolédronique à celui d’un placebo chez des femmes recevant une chimiothérapie néoadjuvante dans un contexte de cancer du sein localement avancé est en cours d’étude. Le but est d’établir en clinique humaine les effets anti-tumoraux de ce bisphosphonate, constatés dans les études pré-cliniques. Les bénéfices peuvent être de potentialiser les effets anti-tumoraux de la chimiothérapie et de limiter le risque de métastases. Le but de cette étude étant explicatif du mécanisme d’action de l’acide zolédronique, le critère de jugement principal est la variation de la concentration de VEGF avant traitement après chimiothérapie, pendant la chirurgie. L’impact sur les cellules tumorales médullaires, sur les marqueurs de l’apoptoseet sur le taux de conservation du sein sont aussi étudiés.
EQUIPE 2 (Drs Philippe Clézardin et Olivier Peyruchaud): Génomique Fonctionnelle et Traitements des Métastases Osseuses.
Du fait des progrès réalisés dans le traitement des cancers, la mortalité des patients est essentiellement liée à l’apparition de métastases. Dans ce contexte, les métastases osseuses surviennent dans 70 à 80% des stades avancés du cancer du sein ou de la prostate. Or ces métastases osseuses peuvent engager le pronostic vital ou interférer rapidement avec la qualité de vie des patients. Il est donc essentiel de comprendre les mécanismes moléculaires qui précèdent l’apparition des lésions ostéolytiques afin de développer de nouvelles thérapies contre la formation des métastases osseuses. En outre, l’étude de l’interaction entre le milieu médullaire et osseux d’une part et la cellule tumorale d’autre part est susceptible d’améliorer notre connaissance de la biologie de la tumeur elle-même.
Notre projet se base sur des études transcriptomiques réalisées dans le cadre d’un consortium européen (METABRE, 2004-2007). Nous avions comparé le profil d’expression génique des cellules de carcinome mammaire ostéotropique B02 avec celui des cellules de la lignée parentale MDA-MB-231. Les profils d’expression génique de ces deux lignées furent également comparés à ceux obtenus avec des tumeurs primitives et des métastases (pulmonaires, cérébrales et osseuses) provenant de patientes ayant eu un cancer du sein. Il fut alors observé que des cellules du cancer du sein qui métastasaient à l’os (mais pas dans les viscères) mimaient les cellules osseuses normales en exprimant des gènes d’origine ostéoblastique ou ostéoclastique. Ce processus est appelé ostéomimétisme. Afin de valider fonctionnellement ces gènes impliqués dans l’ostéomimétisme, nous avons engager une collaboration avec R. LIDEREAU (projet INCa-DHOS) au cours de laquelle les animaux métastatiques sont traités avec des anticorps qui reconnaissent chacune des protéines ostéomimétiques que nous avons identifiées. Nous saurons ainsi quels rôles respectifs jouent ces protéines dans la formation des métastases osseuses.
Notre programme de recherche a deux orientations complémentaires: l’une à visée cognitive et l’autre à visée thérapeutique. Les objectifs sont 1) d’analyser des “régulateurs” (ERRα, microRNAs) susceptibles de contrôler l’expression de certains gènes associés à l’ostéomimétisme des cellules cancéreuses, 2) d’identifier des gènes suspectés d’être impliqués dans le tropisme des cellules cancéreuses à l’os (Robo/Slit, RANK/RANKL), et 3) d’étudier le rôle du LPA (et ses récepteurs) et de l’autotaxine dans la dissémination métastatique et dans la biodynamique du tissu osseux en situation physiologique et pathologique (métastase, ostéoporose). Dans la partie à visée thérapeutique de notre programme de recherche nos objectifs sont 1) d’identifier les mécanismes anti-tumoraux des bisphosphonates dans des modèles animaux de tumeurs et métastases, 2) d’évaluer l’efficacité anti-tumorale du zolédronate dans la partie exploratoire de l’essai clinique NEOZOL.
EQUIPE 3 (Dr. Georges Boivin): Qualité Osseuse et Marqueurs Biologiques.
Le niveau d’investigation de cette équipe s’accroît sans perdre de vue les aspects clinique et thérapeutique de nos objectifs de recherche. Nos principaux objectifs scientifiques sont 1) de caractériser les déterminants de la qualité osseuse (aux niveaux architectural, minéral et organique, mécanique …), 2) d’analyser les mécanismes d’action d’agents à visée thérapeutique (bisphosphonates, ranélate de strontium …) sur ces déterminants de la qualité osseuse, et 3) d’identifier de nouveaux marqueurs biologiques de la qualité osseuse et du développement précoce des métastases osseuses. Plusieurs projets transversaux sont en cours avec les deux autres équipes de l’Unité. Des dosages sont développés en partenariat avec des sociétés de diagnostic pour assurer l’industrialisation et la valorisation des résultats de l’équipe.
L’équipe s’appuie sur une approche pluridisciplinaire des déterminants de la qualité osseuse aux différentes échelles organisationnelles de l’os grâce à des méthodes pour la plupart disponibles au laboratoire. Nous utilisons en routine l’histomorphométrie osseuse et la microradiographie quantitative. A ces méthodes, se sont ajoutés récemment, la microdurimétrie, la microspectroscopie infrarouge par transformée de Fourier, la microanalyse X, les diffractions X et électronique, les tests mécaniques, la microarchitecture in vitro, les simulations numériques (modèles éléments finis). Au niveau international, très peu de centres possèdent et maitrisent ces techniques et sont capables de les valider pour les appliquer ensemble à l’os humain normal et pathologique ainsi qu’aux échantillons osseux d’origine animale. Afin de compléter cette approche, de nouvelles méthodes comme la microindentation instrumentée (collaboration avec l’INSA, Lyon) sont validées sur des échantillons osseux. Cette Equipe est reconnue internationalement dans le domaine des marqueurs biologiques du remodelage osseux et a été pionnière dans l’identification de plusieurs de ces marqueurs. Elle maitrise les différentes compétences techniques (analyse biochimique des protéines osseuses, mise au point de tests ELISA, modèles de cultures de cellules et explants osseux, biologie cellulaire et moléculaire, analyse LC/MS) nécessaires à la mise au point de marqueurs biologiques et leur validation clinique dans les cohortes de patients recrutés.
Déterminants de la Qualité Osseuse.
Propriétés du minéral et du collagène et qualité osseuse. La densité minérale osseuse est un déterminant important de la résistance osseuse, mais elle ne permet pas d’expliquer à elle seule la survenue des fractures ostéoporotiques. D’autres facteurs interviennent donc dans la qualité osseuse qui reste peu étudiée au niveau du cristal dans l’os humain. La microspectroscopie infrarouge par transformée de Fourier permet d’obtenir des informations moléculaires sur le minéral osseux et la matrice organique. Afin de préciser les modifications de la qualité minérale osseuse au cours de la survenue de la ménopause, nous participons à un projet de recherche sur 5 ans (2009-2013, grant du NIH). Il s’agit de l’évaluation de la qualité osseuse chez des femmes ménopausées fracturées ou non mais appariées pour l’âge et la masse osseuse.
Qualité osseuse et sites squelettiques. Les vertèbres et les cols fémoraux sont les sites principaux des fractures dans l’ostéoporose. Ce projet vise à caractériser les paramètres entrant en jeu dans la fragilité vertébrale et fémorale tant au niveau global que local. Un objectif important de ce travail sera de mieux cibler les patients à risque de fracture élevé justifiant une intervention thérapeutique, ceci en vue d’accroitre le rapport coût/efficacité du traitement de l’ostéoporose. Ce projet est d’abord réalisé sur vertèbres entières (L3) et sur échantillons trabéculaires vertébraux (L2). Les interactions entre densité, microarchitecture, minéralisation, caractéristiques du collagène, microfissures, microdureté, et les tests mécaniques sont étudiées sur ces vertèbres lombaires humaines. La caractérisation mécanique sert à identifier les propriétés des matériaux constituant le corps humain et permet de valider les effets des modifications physiologiques ou pathologiques, tandis que la modélisation numérique permet de simuler le comportement des matériaux (os) soumis à différentes sollicitations mécaniques.
Ce projet est étendu à une analyse multifactorielle de la qualité osseuse de plusieurs pièces squelettiques humaines d’un même individu (radius, tibia, os iliaque, extrémité supérieure du fémur) souvent touchées par les fractures ostéoporotiques. Nous voulons acquérir une meilleure connaissance des mécanismes conduisant à la fragilité osseuse accrue qui caractérise l’ostéoporose et, en particulier, savoir si la qualité osseuse est différente selon les sites porteurs et non-porteurs. Ceci pourrait expliquer pourquoi différents sites sont touchés ou prédisposés par l’ostéoporose.
BALA Y, FARLAY D, BOIVIN G. Bone mineralization: from tissue to crystal in normal and pathological contexts. Osteoporos Int 2012, DOI 10.1007/s00198-012-2228-y.
2. Mécanismes d’action d’agents à Visée Thérapeutique sur les Déterminants de la Qualité Osseuse. Les traitements (antirésorptifs, ostéoformateurs, mixtes) des maladies osseuses fragilisantes (ostéoporoses, métastases osseuses) sont principalement abordés, afin de mieux comprendre leurs mécanismes d’action sur la qualité osseuse.
BALA Y, FARLAY D, BOIVIN G. Bone mineralization: from tissue to crystal in normal and pathological contexts. Osteoporos Int 2012, DOI 10.1007/s00198-012-2228-y.
3. Marqueurs Biologiques de la Qualité Osseuse et des Métastases Osseuses.
Nous développons des projets entièrement nouveaux : 1) identification de marqueurs biologiques sensibles et spécifiques du périoste, 2) mise au point de nouveaux marqueurs biologiques pour la détection précoce des métastases osseuses, et nous poursuivrons l’analyse des modifications post-traductionnelles des protéines osseuses, collagène et protéines non-collagéniques, pour mettre au point des marqueurs biologiques de la qualité osseuse.
Marqueurs biologiques du périoste. Les objectifs de ce projet sont 1) identifier un (des) marqueur(s) biologique(s) reflétant de manière plus spécifique l’activité métabolique du périoste, 2) développer une méthode sensible de détection de ces marqueurs dans les liquides biologiques, notamment le sérum, et 3) évaluer l’intérêt clinique de ces marqueurs, en association avec les marqueurs biochimiques conventionnels et les techniques d’imagerie médicale. Le premier marqueur candidat est la périostine (POSTN) et ses dérivés gamma carboxylés. Cette protéine est préférentiellement localisée dans le périoste et nous avons récemment développé un dosage sérique chez la souris.
Marqueurs biologiques précoces de l’invasion métastatique du tissu osseux. Au site osseux, les cellules cancéreuses stimulent la sécrétion de protéines stromales spécifiques qui peuvent constituer des marqueurs précoces des métastases osseuses. Les objectifs de ce projet sont 1) d’identifier des marqueurs spécifiques de la réaction stromale osseuse, 2) de développer un dosage sensible pour la détection de ces marqueurs dans le sang et 3) d’évaluer l’intérêt clinique de ces marqueurs notamment pour le diagnostic précoce des métastases osseuses et leur progression. Nous identifierons ensuite d’autres marqueurs candidats de la réaction stromale osseuse en utilisant les données des analyses transcriptomiques différentielles comparant le stroma osseux de souris métastatiques par rapport à celui de souris non métastatiques. Ces données sont déjà disponibles pour les métastases prostatiques et nous projetons de générer ces résultats dans le modèle murin de cancer du sein maîtrisé au laboratoire.
Principaux Projets Transversaux entre les Equipes de l’Unité.
Etude multi-sites osseux (équipes 1 + 3). Ce projet est fondé sur un constat clinique: certains patients ont plus de prédispositions à se fracturer le col du fémur que la vertèbre sans autres facteurs influents apparents. Les prélèvements osseux effectués dans le cadre du projet multi-sites sont également analysés avec les méthodes classiques utilisées in vivo chez des patients. Le but étant de déterminer quels sont les facteurs prédictifs des fractures selon les sites concernés.
Caractérisation des propriétés biomécaniques des métastases osseuses (équipes 2 + 3). Ce projet entièrement nouveau se fonde sur un constat clinique: le médecin ne dispose pas d’outils qui lui permettent de déterminer si un patient avec des métastases osseuses doit subir une intervention chirurgicale pour prévenir l’apparition d’une fracture pathologique. Les caractéristiques osseuses (minéralisation et microdureté) et la résistance mécanique des métastases osseuses provenant d’os longs de souris (avec ou sans traitement avec un bisphosphonate) sera mesurée par rapport à celle des os longs de souris femelles normales ou ayant eu une ovariectomie (induit une perte osseuse comparable à celle observée dans l’ostéoporose). Une analyse des éléments finis sera également réalisée. Le but ultime de ce travail est de pouvoir prédire, par modélisation et chez l’homme, si la métastase est susceptible de causer une fracture pathologique.