Cordonnier, Thomas, Langonné, Alain, Corre, Pierre, Renaud, Audrey, Sensebé, Luc, Rosset, Philippe, Layrolle, Pierre, Sohier, Jérôme, Jehan, Frederic, Regenerating Bone defects using New biomedical Engineering approaches - REBORNE - - EC:FP7:HEALTH2010-01-01 - 2015-06-30 - 241879 - VALID, Physiopathologie des Adaptations Nutritionnelles (PhAN), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université de Nantes (UN), Laboratoire d'hématopoïèse [Tours], Université Francois Rabelais [Tours], Etablissement Français du Sang Centre-Atlantique (EA3855), EFS, Regenerative Medicine and Skeleton (RMeS), École nationale vétérinaire, agroalimentaire et de l'alimentation Nantes-Atlantique (ONIRIS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre hospitalier universitaire de Nantes (CHU Nantes)-Université de Nantes - UFR de Médecine et des Techniques Médicales (UFR MEDECINE), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN), Département de Stomatologie et chirurgie maxillo-faciale [CHU Nantes], Centre hospitalier universitaire de Nantes (CHU Nantes), Etablissement français du sang [Pyrénées-Méditerranée] (EFS Pyrénées-Méditerranée), Départements de chirurgie orthopédique [CHRU Tours], This work was supported by the French National Research Agency (ATOS project) and partially funded by the Directorate-General for Research of the European Commission (Grant No. 241879) through the REBORNE project., European Project: 241879,EC:FP7:HEALTH,FP7-HEALTH-2009-single-stage,REBORNE(2010), Micro et Nanomédecines Biomimétiques, Université d'Angers (UA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bretagne Loire (UBL), Theraptosis Research Laboratory, Theraptosis S.A., Regenerative Medicine and Skeleton research lab (RMeS), Ecole Nationale Vétérinaire, Agroalimentaire et de l'alimentation Nantes-Atlantique (ONIRIS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre hospitalier universitaire de Nantes (CHU Nantes)-Université de Nantes - UFR de Médecine et des Techniques Médicales (UFR MEDECINE), Physiopathologie de la Résorption Osseuse et Thérapie des Tumeurs Osseuses Primitives, Université de Nantes (UN)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), STROMALab, Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse (ENVT), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Etablissement Français du Sang-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Sarcomes osseux et remodelage des tissus calcifiés - Phy-Os [Nantes] (INSERM U1238), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Bretagne Loire (UBL)-Centre hospitalier universitaire de Nantes (CHU Nantes)-Université de Nantes - UFR de Médecine et des Techniques Médicales (UFR MEDECINE), Equipe de recherche clinique en Odontologie (ERT1051), Université de Nantes (UN), Micro et Nanomédecines Biomimétiques (MINT), Ecole Nationale Vétérinaire, Agroalimentaire et de l'alimentation Nantes-Atlantique (ONIRIS)-Centre hospitalier universitaire de Nantes (CHU Nantes)-Université de Nantes - UFR de Médecine et des Techniques Médicales (UFR MEDECINE), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Etablissement Français du Sang-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Nantes - UFR de Médecine et des Techniques Médicales (UFR MEDECINE), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Centre Hospitalier Régional Universitaire de Tours (CHRU TOURS)-Université Francois Rabelais [Tours], and Centre Hospitalier Régional Universitaire de Tours (CHRU Tours)-Université Francois Rabelais [Tours]
International audience; Bone tissue engineering usually consists of associating osteoprogenitor cells and macroporous scaffolds. This study investigated the in vitro osteoblastic differentiation and resulting in vivo bone formation induced by a different approach that uses particles as substrate for human bone marrow stromal cells (hBMSCs), in order to provide cells with a higher degree of freedom and allow them to synthesize a three-dimensional (3D) environment. Biphasic calcium phosphate (BCP) particles (35 mg, ~175 µm in diameter) were therefore associated with 4 X 10[5] hBMSCs. To discriminate the roles of BCP properties and cell-synthesized 3D environments, inert glass beads (GBs) of similar size were used under the same conditions. In both cases, high cell proliferation and extensive extracellular matrix (ECM) production resulted in the rapid formation of thick cell-synthesized 3D constructs. In vitro, spontaneous osteoblastic differentiation was observed in the 3D constructs at the mRNA and protein levels by monitoring the expression of Runx2, BMP2, ColI, BSP and OCN. The hBMSC–BCP particle constructs implanted in the subcutis of nude mice induced abundant ectopic bone formation after 8 weeks (~35%, n = 5/5). In comparison, only fibrous tissue without bone was observed in the implanted hBMSC–GB constructs (n = 0/5). Furthermore, little bone formation (~3%, n = 5/5) was found in hBMSC–macroporous BCP discs (diameter 8 X 3 mm). This study underlines the lack of correspondence between bone formation and in vitro differentiation assays. Furthermore, these results highlight the importance of using BCP as well as a 3D environment for achieving high bone yield of interest for bone engineering.