Projet ANR-12-BS08-0022 – CAPYROSIS : Formation de cristaux de pyrophosphates de calcium et arthrose : études in vitro et in vivo
Programme : Blanc - SIMI 8 - Chimie du solide, colloïdes, physicochimie (Blanc SIMI 8)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Madame Christèle COMBES (Centre Inter-universitaire de Recherche et d'Ingénierie des Matériaux)
Partenaires : Centre Interuniversitaire de Recherche et d'Ingénierie des Matériaux; Biologie de l'Os et du Cartilage: Régulations et Ciblage Thérapeutique; Chimie de la Matière Condensée de Paris; Laboratoire de Génie Chimique
Montant : 627000.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 48 mois
Résumé : Formation de cristaux de pyrophosphates de calcium et arthrose : études in vitro et in vivoL’ostéoarthrite OA est la forme la plus commune des maladies rhumatismales chroniques (37 millions d'européens). La présence de microcristaux calciques à base de pyrophosphates de calcium hydratés (CPP) ou d'orthophosphates de calcium dans l'articulation est un des facteurs aggravants de la maladie. Les traitements ciblent principalement les symptômes mais ne sont pas capables de dissoudre ou de prévenir la formation des cristaux de CPP et la pose d’une prothèse devient alors la solution ultime.
ObjectifsIl est donc indispensable de comprendre pourquoi les cristaux de CPP se forment et comment ils engendrent la destruction de l’articulation. Si la réactivité physico-chimique des orthophosphates de calcium synthétiques et biologiques est relativement bien connue et étudiée, les différentes phases de pyrophosphates de calcium CPP, leur formation, leur dissolution et même leur structure, elles, sont très peu connues.CAPYROSIS est un projet de recherche fondamentale basée sur une approche pluridisciplinaire incluant la science des matériaux, l’ingénierie (modélisation) ainsi que les sciences de la vie qui vise à déterminer in vitro les mécanismes de formation des cristaux de CPP et des arthropathies associées. Plusieurs étapes sont prévues afin de : i) mieux comprendre les relations de cause à effet entre l’apparition de ces phases minérales et l’éventuel rôle du vieillissement du cartilage et de l’OA dans ces processus, ii) développer de nouvelles méthodes pour le diagnostic précoce et fiable (identification de précurseur CPP amorphe in vivo) et, iii) proposer des voies de traitement ou de prévention des arthropathies associées à ces cristaux de CPP.Les principaux objectifs sont de : - synthétiser à l'aide d'une méthode simple et reproductible les différentes variétés cristallisées et amorphes de CPP et étudier leur évolution en milieu aqueux- déterminer les constantes thermodynamiques des CPP en solution et des transformations de phases.- étudier et modéliser les mécanismes de germination et croissance des CPP in vitro à l'aide de systèmes plus ou moins complexes- screening d'inhibiteurs et de promoteurs de la formation des CPP et les tester in vitro et in vivo - caractériser des microcristaux isolés à partir de spécimen humains (cartilages et fluide synoviaux) et leurs analogues synthétiques- améliorer la détection des CPP  in vivo (même la phase amorphe)- déterminer les mécanismes de l'inflammation induite par les cristaux de CPP in vitro et in vivo
Approche et méthodologieL’originalité de ce projet repose sur la mise en commun de considérations cliniques et d’études physico-chimiques fondamentales. L’approche pluridisciplinaire qui sera développée, impliquant chimistes et ingénieurs chimistes, physiciens, biologistes et cliniciens, est basée sur des études à partir de CPP synthétiques et de spécimen biologiques et la mise en oeuvre d’un système pouvant mimer les effets de volume et d’interfaces rencontrés dans une articulation ce qui devrait permettre de progresser significativement dans la compréhension de la formation de ces phases minérales in vitro et in vivo.Ce projet s’étend sur 48 mois, inclut 4 tâches principales et réunit 4 laboratoires français de renommée internationale, l’Institut Carnot CIRIMAT, le Laboratoire de Génie Chimique, le Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée de Paris et l’UMR Inserm U606, aux domaines d’expertise et savoir-faire complémentaires pour le bon développement de ce projet multi-disciplinaire : des chimistes et ingénieurs chimistes pour la synthèse, l’étude physico-chimique des CPP en solution, l’étude de leurs cinétiques de germination et dissolution ainsi que l’effet d’additifs (inhibiteurs,…), des physiciens pour la caractérisation fine (équipements de laboratoire et grands instruments) de CPP synthétiques et biologiques, des biologistes et des cliniciens pour l’étude in vitro et in vivo des propriétés inflammatoires des différentes phases de CPP (cristallines et amorphes), et de l’expression de 4 protéines connues pour être associées à la formation de cristaux de CPP dans le cartilage arthrosique et la calcification du cartilage.
Résumé de la soumission : L’ostéoarthrite (OA) est la forme la plus commune des maladies rhumatismales chroniques et fait partie des maladies les plus coûteuses. En 2007, il était estimé que 35 à 40 millions d’européens souffraient d’OA. Les facteurs aggravants sont déterminés par l’hérédité, le surpoids, le vieillissement et la présence de microcristaux calciques au sein de l’articulation. Les deux principaux types de cristaux calciques rencontrés dans le fluide synovial et le cartilage de nombreux patients sont des pyrophosphates de calcium hydratés (CPP: Ca2P2O7, nH2O) et des orthophosphates de calcium basiques (BCP : phosphate octacalcique, apatite carbonatée,…). Outre l’inflammation de l’articulation, le dépôt de CPP (CPPD) peut également conduire à des arthropathies destructives. Les traitements actuels ciblent principalement les symptômes mais ne sont pas capables de dissoudre ou de prévenir la formation des cristaux de CPP et la pose d’une prothèse devient alors la solution ultime. Il est donc indispensable de comprendre pourquoi les cristaux de CPP se forment et comment ils engendrent la destruction de l’articulation. Si la réactivité physico-chimique des BCP synthétiques et biologiques est relativement bien connue et étudiée, les différentes phases de CPP, leur formation, leur dissolution et même leur structure sont peu connues.CAPYROSIS est un projet de recherche fondamentale basée sur une approche pluridisciplinaire incluant la science des matériaux, l’ingénierie (modélisation) ainsi que les sciences de la vie qui vise à déterminer in vitro les mécanismes de formation des cristaux de CPP et des arthropathies associées à ces derniers. Plusieurs étapes sont prévues afin de : i) mieux comprendre les relations de cause à effet entre l’apparition de ces phases minérales et l’éventuel rôle du vieillissement du cartilage et de l’OA dans ces processus, ii) développer de nouvelles méthodes pour le diagnostic précoce et fiable (identification de précurseur CPP amorphe in vivo) et, iii) proposer des voies de traitement ou de prévention des arthropathies associées à ces cristaux de CPP.L’originalité de ce projet repose sur la mise en commun de considérations cliniques et d’études physico-chimiques fondamentales. L’approche interdisciplinaire qui sera développée, impliquant chimistes et ingénieurs chimistes, physiciens, biologistes et cliniciens, est basée sur des études à partir de CPP synthétiques et de spécimen biologiques et la mise en oeuvre d’un système pouvant mimer les effets de volume et d’interfaces rencontrés dans une articulation ce qui devrait permettre de progresser significativement dans la compréhension de la formation de ces phases minérales in vitro et in vivo. Ce projet s’étend sur 48 mois, inclut 4 tâches principales et réunit 4 laboratoires français de renommée internationale, l’Institut Carnot CIRIMAT, le Laboratoire de Génie Chimique, le Laboratoire de Physique des Solides et l’UMR 606 Inserm, aux domaines d’expertise et savoir-faire complémentaires pour le bon développement de ce projet multi-disciplinaire : des chimistes et ingénieurs chimistes pour la synthèse, l’étude physico-chimique des CPP en solution, l’étude de leurs cinétiques de germination et dissolution ainsi que l’effet d’additifs (inhibiteurs,…), des physiciens pour la caractérisation fine (équipements de laboratoire et grands instruments) de CPP synthétiques et biologiques, des biologistes et des cliniciens pour l’étude in vitro et in vivo des propriétés inflammatoires des différentes phases de CPP (cristallines et amorphes), et de l’expression de 4 protéines connues pour être associées à la formation de cristaux de CPP dans le cartilage arthrosique et la calcification du cartilage.Ce projet contribuera à la détermination des mécanismes de formation des cristaux de CPP ainsi que ceux des maladies associées à ces cristaux. Il permettra cibler de nouveaux agents thérapeutiques capables de dissoudre les cristaux de CPP ou d’inhiber la progression de la maladie.
Résultats : Ce projet contribuera à la détermination des mécanismes de formation des cristaux de CPP ainsi que ceux des maladies associées à ces cristaux. Il permettra cibler de nouveaux agents thérapeutiques capables de dissoudre les cristaux de CPP ou d’inhiber la progression de la maladie.
La stratégie basée sur la mise en oeuvre de phases CPP synthétiques permettra non seulement d'étudier leurs conditions de formation, de germination et croissance cristalline et leurs caractéristiques morphologiques mais aussi le rôle d'inhibiteurs moléculaires ou ioniques sur la cristallisation et également le rôle et les capacités de germination de cartilages dégradés ou de fluides synoviaux pathologiques.
Perspectives : Les études physico-chimiques qui seront menées permettront d'ouvrir de nouvelles voies pour le traitement contre les arthropathies associées aux cristaux de CPP grâce à l'administration d'inhibiteurs de la formation de CPP capables soit de stabiliser l'évolution de la maladie ou des substances capables de dissoudre les cristaux de CPP ou de réduire leur potentiel phlogonénique.
Par ailleurs à l'issue du projet, nous évaluerons le transfert des méthodes analytiques optimisées pour la détection des CPP (incluant la détection de la phase amorphe) du laboratoire vers l'hôpital en vue d'améliorer le diagnostic précoce des arthropathies à cristaux de CPP.
De plus, un large domaine de recherches et d'applications pourra être ouvert à la fin du projet notamment dans le domaine des biomatériaux à base de phases de CPP hydratées.
Publications et brevets : Le consortium participera activement à la diffusion des résultats de ce projet au sein de la communauté scientifique. Les résultats de ce programme de recherches seront présentés dans une grande variété de congrès/conférences (rhumatologie, cristallisation, biominéralisation, science des matériaux...) en raison de la gamme étendue d'expertises des 4 laboratoires partenaires dans ce projet. Le consortium encouragera la participation des doctorants et post-doctorants recrutés pour le projet à ces congrès.
Au cours du projet, la possibilité de déposer un brevet par exemple sur une nouvelle méthode analytique pour la détection des phases CPP in vivo, ou sur des substances capables d'inhiber la formation des cristaux de CPP, de les dissoudre ou de stabiliser la progression de la maladie sera considérée. L'implication forte de biologistes et de cliniciens dans le projet CAPYROSIS sera un atout pour la valorisation des résultats dans le domaine de la santé.
La communication des résultats se fera sous la forme de publications dans des journaux internationaux à comité de lecture et de communications orales.
Des cours sur les calcifications pathologiques,  la physico-chimie et la cristallisation des pyrophosphates de calcium pourront être proposés respectivement aux étudiants en médecine (Université Paris 7 Diderot) ou encore en école d'inégnieurs (ENSIACET, Toulouse) . Par ailleurs les partenaires 1 et 2 ont prévu de participer à des actions de communications visant des lycéens (ateliers scientifiques au lycée Toulouse Lautrec de Toulouse) ou le grand public (La Novela : Festival des savoirs partagés, Toulouse).