Thesis by DESOUTTER Aline
Rabbit model of mandibular irradiation and evaluation of low intensity pulsed ultrasound treatment on bone regeneration
Defended on 5 december 2022
External radiotherapy is widely used in the treatment of head and neck cancers. The main adverse effect is osteoradionecrosis, which can lead to a major alteration of the quality of life and endanger the prognosis. Low-intensity pulsed ultrasounds (LIPUS) have been proposed to enhance bone healing in traumatology and orthopedics. They could have an effect on the early vascular phase of bone consolidation. We therefore proposed to study their impact on the healing of irradiated maxillary bones through an animal model. We developed a model of mandibular irradiation in the rabbit, in order to study irradiated bone healing after creation of a standardized bone defect. Irradiation was performed according to the following protocol: 5 weekly sessions delivering 8.5Gy each, for a total dose of 42.5Gy. A fractionated scheme was chosen to mimic therapeutic irradiation. Mandibular surgery consisted of performing a standardized bone defect immediately after irradiation. Animals were euthanized from D0 to D42. A control group received the same surgery, without prior irradiation. Our results showed a delayed bone healing in the irradiated group, without complete healing at D42. Once the radio-induced bone alterations were highlighted, an additional step was added on a third group: After irradiation and surgery, LIPUS were applied on the surgical sites. The protocol consisted of postoperative application of LIPUS, for 10 sessions, during 20 minutes, with the following parameters: 30mW/cm2, pulse 1:4, 20 min, 1MHz. Application of LIPUS on the irradiated rabbit model did not show to have a beneficial effect on bone healing: Both histology and microscanner did not show any improvement of irradiated bone healing. We could however assume an interesting effect on the general health status of the animals, with an increase in their weight and their water consumption. Our results should be interpreted with great caution. Indeed, the sample studied was very small, and there was a lot of heterogeneity between the different subjects. In addition, several limitations that could question the validity of this study should also be taken into consideration. Finally, even if the LIPUS technology did not seem beneficial on bone healing in irradiated bone with regard to the results obtained, this work validates an animal model of irradiated mandible, which could be used to test other possible therapies in the future.
Modèle d’irradiation mandibulaire chez le lapin et évaluation d’un traitement par ultrasons pulsés de faible intensité sur la régénération osseuse après avulsion dentaire
Soutenue le 5 December 2022
La radiothérapie externe est très largement utilisée dans le traitement des cancers des voies aérodigestives supérieures. Le principal effet secondaire est l’ostéoradionécrose, pouvant conduire à une altération majeure de la qualité de vie des patients. Les ultrasons pulsés de faible intensité (LIPUS : Low-Intensity Pulsed Ultrasound) ont été décrits dans la stimulation de la cicatrisation osseuse en traumatologie et en orthopédie. Ils auraient un effet sur la phase précoce vasculaire de la consolidation osseuse. Nous avons donc souhaité étudier, au travers d’une étude animale, leur impact sur la cicatrisation des os maxillaires irradiés. Pour cela, nous avons mis au point un modèle de radiothérapie chez le lapin, afin d’étudier la cicatrisation après création d’un défaut osseux sur une mandibule irradiée. L’irradiation était réalisée selon le protocole suivant : 8.5Gy/semaine, à raison d’une séance hebdomadaire, pendant 5 semaines, pour une dose totale de 42.5Gy. La chirurgie mandibulaire consistait en la réalisation d’un défaut osseux standardisé, immédiatement après l’irradiation. Un groupe contrôle bénéficiait de la même chirurgie, sans irradiation au préalable. Ce modèle a permis d’obtenir une altération de la cicatrisation osseuse, confirmée à l’histologie et au microscanner. Une fois mises en évidence les altérations osseuses radio-induites, nous avons pu renouveler le protocole en ajoutant une étape supplémentaire d’application de LIPUS sur les sites opératoires. Le protocole consistait en l’application postopératoire de LIPUS, pendant 10 séances, d’une durée de 20 minutes, avec les paramètres suivants : 30mW/cm2, pulsation 1:4, 20 min, 1MHz. L’application de LIPUS sur le modèle de lapins irradiés n’a pas paru avoir un effet bénéfique sur la cicatrisation osseuse : en histologie, la cicatrisation n’a pas semblé améliorée après application des LIPUS le microscanner a confirmé ce résultat. On peut toutefois supposer un effet intéressant sur l’état de santé général des animaux, avec notamment une augmentation de leur poids et de leur consommation d’eau. Nos résultats sont à interpréter avec une grande prudence. En effet, l’échantillon étudié est très faible, et il existe une très grande hétérogénéité entre les différents sujets. Par ailleurs, plusieurs limites pouvant remettre en question la validité de cette étude sont également à prendre en considération. Au final, même si la technologie des LIPUS ne semble pas bénéfique sur la cicatrisation osseuse en terrain irradié au regard des résultats que nous avons obtenus, ce travail a permis de valider un modèle de radiothérapie animale. Celui-ci pourrait être utilisé pour tester d’autres thérapeutiques éventuelles dans le futur.
Defended on 5 december 2022
External radiotherapy is widely used in the treatment of head and neck cancers. The main adverse effect is osteoradionecrosis, which can lead to a major alteration of the quality of life and endanger the prognosis. Low-intensity pulsed ultrasounds (LIPUS) have been proposed to enhance bone healing in traumatology and orthopedics. They could have an effect on the early vascular phase of bone consolidation. We therefore proposed to study their impact on the healing of irradiated maxillary bones through an animal model. We developed a model of mandibular irradiation in the rabbit, in order to study irradiated bone healing after creation of a standardized bone defect. Irradiation was performed according to the following protocol: 5 weekly sessions delivering 8.5Gy each, for a total dose of 42.5Gy. A fractionated scheme was chosen to mimic therapeutic irradiation. Mandibular surgery consisted of performing a standardized bone defect immediately after irradiation. Animals were euthanized from D0 to D42. A control group received the same surgery, without prior irradiation. Our results showed a delayed bone healing in the irradiated group, without complete healing at D42. Once the radio-induced bone alterations were highlighted, an additional step was added on a third group: After irradiation and surgery, LIPUS were applied on the surgical sites. The protocol consisted of postoperative application of LIPUS, for 10 sessions, during 20 minutes, with the following parameters: 30mW/cm2, pulse 1:4, 20 min, 1MHz. Application of LIPUS on the irradiated rabbit model did not show to have a beneficial effect on bone healing: Both histology and microscanner did not show any improvement of irradiated bone healing. We could however assume an interesting effect on the general health status of the animals, with an increase in their weight and their water consumption. Our results should be interpreted with great caution. Indeed, the sample studied was very small, and there was a lot of heterogeneity between the different subjects. In addition, several limitations that could question the validity of this study should also be taken into consideration. Finally, even if the LIPUS technology did not seem beneficial on bone healing in irradiated bone with regard to the results obtained, this work validates an animal model of irradiated mandible, which could be used to test other possible therapies in the future.
Modèle d’irradiation mandibulaire chez le lapin et évaluation d’un traitement par ultrasons pulsés de faible intensité sur la régénération osseuse après avulsion dentaire
Soutenue le 5 December 2022
La radiothérapie externe est très largement utilisée dans le traitement des cancers des voies aérodigestives supérieures. Le principal effet secondaire est l’ostéoradionécrose, pouvant conduire à une altération majeure de la qualité de vie des patients. Les ultrasons pulsés de faible intensité (LIPUS : Low-Intensity Pulsed Ultrasound) ont été décrits dans la stimulation de la cicatrisation osseuse en traumatologie et en orthopédie. Ils auraient un effet sur la phase précoce vasculaire de la consolidation osseuse. Nous avons donc souhaité étudier, au travers d’une étude animale, leur impact sur la cicatrisation des os maxillaires irradiés. Pour cela, nous avons mis au point un modèle de radiothérapie chez le lapin, afin d’étudier la cicatrisation après création d’un défaut osseux sur une mandibule irradiée. L’irradiation était réalisée selon le protocole suivant : 8.5Gy/semaine, à raison d’une séance hebdomadaire, pendant 5 semaines, pour une dose totale de 42.5Gy. La chirurgie mandibulaire consistait en la réalisation d’un défaut osseux standardisé, immédiatement après l’irradiation. Un groupe contrôle bénéficiait de la même chirurgie, sans irradiation au préalable. Ce modèle a permis d’obtenir une altération de la cicatrisation osseuse, confirmée à l’histologie et au microscanner. Une fois mises en évidence les altérations osseuses radio-induites, nous avons pu renouveler le protocole en ajoutant une étape supplémentaire d’application de LIPUS sur les sites opératoires. Le protocole consistait en l’application postopératoire de LIPUS, pendant 10 séances, d’une durée de 20 minutes, avec les paramètres suivants : 30mW/cm2, pulsation 1:4, 20 min, 1MHz. L’application de LIPUS sur le modèle de lapins irradiés n’a pas paru avoir un effet bénéfique sur la cicatrisation osseuse : en histologie, la cicatrisation n’a pas semblé améliorée après application des LIPUS le microscanner a confirmé ce résultat. On peut toutefois supposer un effet intéressant sur l’état de santé général des animaux, avec notamment une augmentation de leur poids et de leur consommation d’eau. Nos résultats sont à interpréter avec une grande prudence. En effet, l’échantillon étudié est très faible, et il existe une très grande hétérogénéité entre les différents sujets. Par ailleurs, plusieurs limites pouvant remettre en question la validité de cette étude sont également à prendre en considération. Au final, même si la technologie des LIPUS ne semble pas bénéfique sur la cicatrisation osseuse en terrain irradié au regard des résultats que nous avons obtenus, ce travail a permis de valider un modèle de radiothérapie animale. Celui-ci pourrait être utilisé pour tester d’autres thérapeutiques éventuelles dans le futur.
