Analyse des propriétés des matériaux et de la microstructure de l’os spinal dégénéré

Contexte du projet

L’agence de la santé publique estime que 10 % de la population de 40 ans et plus est atteinte d’ostéoporose au Canada. L’ostéoporose entraîne de nombreuses modifications du corps humain dont le développement d’ostéophytes, soit des excroissances osseuses se développant au niveau des articulations. Selon des études menées précédemment au sein du laboratoire international iLab Spine, les ostéophytes auraient un impact sur les blessures spinales traumatiques. D’ailleurs, les personnes âgées sont plus vulnérables aux fractures vertébrales lors d’accidents à faible énergie, tels que les chutes au sol. Cependant, le processus de développement des ostéophytes spinaux, leur comportement mécanique et leur rôle lors d’accidents à la colonne vertébrale n’a été que peu étudié. La modélisation pourrait permettre de mieux comprendre les mécanismes de blessures chez les personnes âgées. Cependant, l’absence de données dans la littérature sur la composition et les propriétés des matériaux des ostéophytes spinaux empêche une modélisation biofidèle de la colonne vertébrale dégénérée.

Une étude préliminaire de la morphologie macroscopique des ostéophytes spinaux a été effectuée ainsi que des premiers tests de compression d’échantillons d’ostéophytes. Des premières images par micro-tomodensitométrie ont été recueillies et ont montré que les ostéophytes possèdent une structure non uniforme. Nous posons l’hypothèse que cette structure est variable selon le niveau de dégénérescence et l’individu. Les ostéophytes sont donc des structures complexes et il est nécessaire de comprendre leur microstructure et leur composition afin de correctement caractériser leur comportement biomécanique.

Ce projet vise à relier le niveau de dégénérescence de la colonne vertébrale à la microstructure et aux propriétés des matériaux des ostéophytes. Cette caractérisation du tissu ostéophytique permettra de mieux comprendre le comportement traumatique de l’os dégénéré.

Description de l’offre

Ce projet comprend plusieurs parties :

1) Caractérisation des propriétés des matériaux des ostéophytes par compression et nano-indentation

2) Analyse de la composition des ostéophytes par histologie

3) Caractérisation de la microstructure des ostéophytes par micro-tomodensitométrie

L’étudiant ou l'étudiante sera responsable d’élaborer un protocole expérimental pour isoler des spécimens d’ostéophytes spinaux sur des spécimens in vitro humains et pour effectuer des essais de compression et de nano-indentation. Ces essais serviront à déterminer les propriétés mécaniques macroscopiques et microscopiques des échantillons. Des échantillons d’os trabéculaire et cortical seront également recueillis des vertèbres afin de comparer les propriétés des ostéophytes par rapport au reste de la vertèbre. Des coupes histologiques (coloration hématoxyline et éosine) seront produites et analysées pour identifier la nature des tissus présents (os, cartilage, tissu fibreux, etc.) et investiguer le processus de formation des ostéophytes. Les échantillons seront aussi imagés par micro-tomodensitométrie pour évaluer différentes propriétés microstructurales : le volume de la partie osseuse, l’épaisseur des structures minéralisées et l’anisotropie des échantillons, entre autres.

L’étudiant ou l'étudiante pourra également collaborer avec d’autres travaillant sur la modélisation de la dégénérescence de la colonne et sur les traumatismes à la tête et à la colonne au sein du laboratoire d’imagerie et d’orthopédie (LIO). Le projet de recherche se déroulera à Montréal au sein du Laboratoire d’imagerie et d’orthopédie de l'Hôpital du Sacré-Coeur de Montréal.