Utilisation de sérum autologue conditionné en thérapeutique articulaire chez le cheval

L’arthropathie dégénérative, ou arthrose, est une des affections locomotrices fréquemment rencontrées en pratique vétérinaire équine. Son importance économique n’est pas négligeable puisqu’elle entraîne souvent une interruption, voire un arrêt de la carrière sportive du cheval.

Ces dernières années, avec l’émergence de la médecine régénérative, le sérum autologue conditionné (SAC) en IL-1-Ra est de plus en plus fréquemment utilisé en thérapeutique, notamment pour ses avantages par rapport aux corticoïdes (absence de délai dopage notamment) (encadré 1). Dans une étude de terrain réalisée aux États-Unis, les corticostéroïdes restent les molécules les plus utilisées pour traiter l’arthropathie dégénérative [⁶]. Le SAC est plus fréquemment employé par les praticiens qui traitent principalement les chevaux de sport, comparativement à ceux qui traitent majoritairement les chevaux de course [⁶].

L’objectif de cet article est de présenter le mode d’action de ce produit, les principaux systèmes de production commercialisés, puis les résultats expérimentaux et cliniques disponibles actuellement. Dans le moteur de recherche PubMed, les mots clés “autologous conditioned serum” et “horse” ne donnent que quinze résultats.

Présentation et caractéristiques du produit

L’IL-1-Ra, ou IRAP, est une protéine aux propriétés anti-inflammatoire et anti-catabolique qui inhibe la cascade de l’inflammation initiée par l’IL-1. L’IL-1 active la libération de MMP, d’aggrécanases et de PGE₂ en se liant à son récepteur présent à la surface membranaire de nombreuses cellules [¹⁴]. Les propriétés anti-IL-1 de l’IL-1-Ra ont été démontrées par sa capacité à diminuer la production de collagénases et de PGE₂ induite par l’IL-1 dans une culture de fibroblastes [¹⁸]. L’IL-1-Ra est un antagoniste spécifique du récepteur à l’IL-1 sans activité agoniste [¹⁸]. La molécule a été initialement isolée à partir d’urine de patients fébriles [¹].

En 2003, la société allemande Orthogen a développé une seringue avec des billes de verre dans laquelle une culture sanguine de 24 heures est réalisée pour obtenir un sérum enrichi en IL-1-Ra. Le sigle IRAP est couramment utilisé, mais il est plus rigoureux de parler de SAC. En effet, il ne s’agit pas d’une solution d’IL-1-Ra pur, mais d’un mélange de cytokines pro-inflammatoires (IL-1β, TNF-a) et anti-inflammatoires (IL-10, IL-6, IGF-1, TGF-b, FGF, PDGF) et d’autres substances sanguines [¹⁹]. L’exacte composition du produit obtenu est encore inconnue [⁸, ¹²].

L’IL-1-Ra équine est une molécule de 21 kDa composée de 177 acides aminés. Elle est essentiellement produite par les monocytes et les macrophages et, dans une moindre mesure, par les kératinocytes et les neutrophiles [¹³]. Dans l’articulation, l’IL-1-Ra prévient la dégradation de la matrice cartilagineuse induite par les MMP et restaure la production de protéoglycanes et de collagène de type II par les chondrocytes [¹⁴]. Cependant, comme de l’IL-1 est retrouvée dans le sérum autologue, le ratio IL-1-Ra/IL-1 doit être suffisamment grand pour prévenir les effets de l’IL-1. Chaque fibroblaste possède une centaine de récepteurs à l’IL-1 à sa surface et une réponse cellulaire a lieu lors de l’interaction de l’IL-1 avec seulement quelques récepteurs. Les affinités de l’IL-1-Ra et de l’IL-1 au récepteur sont considérées comme équivalentes [¹⁸]. À cela s’ajoute le fait que le nombre de récepteurs à l’IL-1 augmente lors d’arthrose [¹⁸]. Ainsi, en médecine humaine, il a été déterminé que, pour inhiber 50 % de l’activité de l’IL-1, un ratio respectif de 100:1 pour les chondrocytes et de 30:1 pour les synoviocytes est nécessaire. Ce ratio n’a pas été fixé en médecine équine [¹⁸].

Préparation

Le contact de sang humain avec des billes de verre (procédé Orthogen) permet d’obtenir une augmentation physico-chimique de la quantité d’IL-1-Ra et d’autres cytokines anti-inflammatoires à partir de sang total [¹⁵]. Du sang humain est prélevé dans des seringues de 60 ml contenant 200 billes de verre de 2,5 mm de rayon, ayant une surface de 21 mm², préalablement préparées. Les billes de verre en borosilicate sont lavées avec de l’eau distillée de telle sorte que leur conductivité soit inférieure à 0,3 µS, puis leur surface est modifiée par incubation pendant 5 minutes dans une solution à base de sulfate de chrome (CrSO₄). Elles sont ensuite lavées à nouveau à l’eau distillée stérile et placées dans les seringues stériles de 60 ml. Une fois le prélèvement sanguin effectué, il est mis à incuber 24 heures au maximum à 37 °C dans une atmosphère à 5 % de CO₂. Le sérum est ensuite récupéré et centrifugé, puis conservé à - 20 °C. Le sérum obtenu présente une augmentation rapide et importante de la synthèse de plusieurs cytokines anti-inflammatoires dont l’IL-1-Ra, l’IL-4 et l’IL-10, due à une stimulation des monocytes par les billes de verre. La concentration en IL-1-Ra est multipliée par 140 après 24 heures d’incubation [¹⁵]. En revanche, aucune hausse de la quantité de cytokines pro-inflammatoires (IL-1β et TNF-α), ni d’altération des protéines n’ont été relevées [¹²].

Le sérum enrichi en IL-1-Ra, ou SAC, est actuellement commercialisé principalement par deux sociétés :

- IRAP (société Orthogen) ;

- IRAP 2 ou ABPS (société Arthrex).

La préparation d’un SAC repose sur deux étapes : un prélèvement sanguin aseptique, incubé au maximum 24 heures à 37 °C, puis un conditionnement (^{photos 12} à ³ et ^{tableaux 1} et ²). Le cheval ne doit pas avoir reçu de médications susceptibles d’interférer avec un contrôle antidopage. La durée de conservation à - 18 °C serait de l’ordre de 1 an. Pour limiter les chocs thermiques pendant la décongélation, il est conseillé de placer l’échantillon à décongeler dans un incubateur à 37 °C pendant 20 minutes.

La société Arthrex commercialise sur le territoire des États-Unis, en conformité avec la réglementation en vigueur, une préparation hétérologue (d-IRAP 2) obtenue dans un troupeau suivi médicalement et indemnes des gènes Aa, Ca, Qa (considérés comme les plus problématiques lors de transfusion sanguine). La recherche a été réalisée par cette société sur trois groupes de chevaux (injections de sérum physiologique, de sérum autologue et de sérum hétérologue). Quelques paramètres cliniques (incluant la boiterie) et synoviaux ont été évalués, qui n’ont pas montré de différence significative entre les différents groupes⁽¹⁾. L’envoi est réalisé en 24 heures sous couvert du froid.

Comparaison des produits commercialisés

Pour les deux produits commercialisés, le principe est l’obtention d’un sérum à partir de sang veineux suivie d’une incubation de 24 heures avec des billes de verre. La stimulation des leucocytes est responsable de la production de cytokines pendant la culture. Ces produits ont démontré induire une augmentation des cytokines anti-inflammatoires et des facteurs de croissance dans le sang humain. En médecine humaine, une augmentation sept à dix fois supérieure d’IL-1-Ra (protéine antagoniste de l’IL-1) a été rapportée avec la technique IRAP 2. De plus, une élévation du rapport IL-1-Ra/IL-β (indicateur de l’efficacité thérapeutique) de quatre fois a été rapportée avec la technique IRAP 2 par rapport aux valeurs avant incubation de 24 heures [⁴].

Dans une étude expérimentale, du sang a été prélevé chez 5 chevaux répartis en six groupes : sang sur tube sec (contrôle), IRAP et IRAP 2, avec et sans héparine pour chaque groupe (1 µl/ml). Des échantillons ont été prélevés après 1 heure et 24 heures pour analyser les substances anti-inflammatoires (IL-1-Ra, IL-10), les facteurs de croissance (IGF-1, TGF-β) et les substances pro-inflammatoires (TNF-α, IL-1β) avec une technique Elisa [¹²].

Les résultats montrent que les échantillons IRAP et IRAP 2 à 24 heures contiennent des concentrations significativement plus hautes de toutes les cytokines, comparativement aux échantillons à 1 heure. À 24 heures, l’IRAP 2 contient significativement plus d’IL-1-Ra (substance anti-inflammatoire) que l’IRAP et l’IRAP plus de TNF-α (substance pro-inflammatoire) par rapport à l’échantillon contrôle. Le rapport IL-1-Ra/IL-1β est significativement plus élevé avec l’IRAP 2 qu’avec l’IRAP. Les concentrations de TGF-β, d’IL-10 et d’IL-β dans l’IRAP et l’IRAP 2 à 24 heures sont similaires aux contrôles. L’addition d’héparine réduit significativement les concentrations d’IGF-1, de TNF-α et de TGF-β et augmente significativement celles d’IL-1-Ra [¹²].

En résumé, le profil des cytokines obtenu avec l’IRAP 2 est légèrement meilleur qu’avec l’IRAP. L’incubation de sang dans des tubes en verre provoque une augmentation de la synthèse des cytokines. L’incubation de 24 heures est indispensable pour obtenir toutes ces modifications de profil des cytokines. Il est possible que d’autres facteurs que l’IL-1-Ra interviennent dans l’effet bénéfique du SAC. D’autres études seraient nécessaires pour déterminer l’impact de chaque cytokine.

Indications et contre-indications

Le SAC est principalement utilisé lors d’arthropathie dégénérative [¹⁴]. Il peut également être injecté dans les gaines tendineuses lors de ténosynovite. Empiriquement, il est utilisé en cas de maladie articulaire débutante se manifestant par une synovite et/ou une capsulite (la lésion peut alors cicatriser avec du repos et la guérison du cheval est espérée) et également lors d’affections articulaires chroniques avec des lésions d’arthrose installées (l’inhibition du cycle de dégradation du cartilage améliore le confort locomoteur et la durée de la carrière sportive du cheval est augmentée). Certains praticiens utilisent de l’IRAP dans des cas d’inflammation articulaire, quand les corticoïdes n’ont plus d’effet [¹⁸]. Il peut aussi être employé après certaines arthroscopies lorsque des lésions dégénératives sont objectivées, pour ses effets anti-inflammatoire et chondroprotecteur [¹⁸].

L’emploi de l’IRAP est déconseillé lorsque des fragments osseux sont présents (ostéochondrite disséquante ou fragments libres dans les articulations, en cas de fractures ou de lésions méniscales ou ligamentaires non préalablement traitées par arthroscopie)⁽²⁾. De plus, les chevaux atteints d’une ostéo-arthrose sévère ne sont pas de bons candidats, car le taux de réussite est faible [¹⁸].

Les utilisations intratendineuse et périnerveuse sont controversées en raison de l’absence de résultats expérimentaux et cliniques chez le cheval.

Protocole d’utilisation

Le protocole d’emploi classique repose sur celui qui est utilisé pour l’étude expérimentale et préconise quatre injections à 1 semaine d’intervalle [⁸].

Le principe théorique est d’injecter un volume correspondant au dixième du volume articulaire (^{photo 4}). De manière empirique, il a été recommandé de retirer du liquide synovial avant d’injecter le sérum autologue dans l’articulation afin d’augmenter la concentration.

Les volumes recommandés par T. Weinberger sont des données de laboratoire et se réfèrent à des chevaux chez lesquels une arthropathie a été diagnostiquée sans que la cause primaire soit déterminée ou à des équidés déjà traités avec de l’acide hyaluronique et/ou des corticoïdes sans effet. Ces recommandations ont été données en 2008⁽²⁾, puis légèrement modifiées en 2014⁽³⁾ (^{tableau 3}).

Résultats

Résultats expérimentaux in vitro

Le blocage des effets de l’IL-1 par l’IRAP sur les synoviocytes et les chondrocytes permet de prévenir la dégradation de la matrice cartilagineuse induite par les métalloprotéases et d’augmenter la synthèse de protéoglycanes et de collagène de type 2 [³, ¹⁷].

Résultats expérimentaux in vivo

De manière paradoxale, les tentatives de production directe par thérapie génique ont précédé les administrations directes chez le cheval (encadré 2) [⁸, ⁹].

En 2000, Frisbie et McIlwraith ont cherché à mettre en évidence l’intérêt d’une thérapie génique visant à introduire le gène codant pour l’IL-1-Ra au sein de l’articulation dans le cadre du traitement de l’arthrose [⁹]. L’étude est conduite sur 16 chevaux âgés de 2 à 5 ans. À J1, ils subissent une arthroscopie de l’articulation médio-carpienne et une fragmentation ostéochondrale de 8 mm est créée dans une des deux articulations pour générer une arthropathie dégénérative. Les animaux sont séparés en deux groupes : 8 chevaux forment le groupe traité et 8 le groupe placebo. Quatorze jours après l’intervention chirurgicale, un adénovirus comprenant la séquence de l’IL-1-Ra (Ad-Eq-IL-1-Ra) est injecté dans l’articulation atteinte et du sérum physiologique dans l’articulation controlatérale pour les chevaux traités. Les chevaux du groupe placebo reçoivent du sérum physiologique dans les deux articulations. Le degré de synovite, le grade de boiterie et la réponse aux tests de flexion sont évalués 14 et 70 jours après l’intervention. L’étude post-mortem porte sur l’évaluation de l’étendue et la localisation de l’érosion du cartilage, ainsi que sur l’histologie de la membrane synoviale, du cartilage, et la composition biochimique de la matrice extracellulaire du cartilage [⁹].

L’analyse du liquide synovial ne montre pas de différence significative quant à son aspect et sa concentration cellulaire entre les groupes traité et placebo. Cependant, le taux d’IL-1-Ra est fortement augmenté dans les articulations traitées 21, 28 et 35 jours après l’opération (soit 7, 14 et 21 jours après l’injection). Une nette régression de la boiterie ainsi qu’une diminution significative de la quantité d’épanchement synovial sont rapportées 70 jours après l’intervention chirurgicale. De plus, aucune différence significative n’est notée quant au score radiographique.

En raison des résultats favorables obtenus, un tel traitement semble représenter une perspective d’avenir dans la prise en charge de l’arthrose [⁹].

En 2007, une étude a évalué les effets cliniques, biochimiques et histologiques d’une injection de SAC dans une articulation où une arthropathie avait été induite chirurgicalement avec le modèle décrit précédemment [⁸]. L’étude porte sur 16 chevaux, 8 traités avec le SAC, les 8 autres recevant du sérum physiologique. Six millilitres de SAC sont injectés dans l’articulation à 14, 21, 28 et 35 jours postchirurgie. L’articulation controlatérale, seulement observée par arthroscopie, est traitée systématiquement avec 6 ml de sérum physiologique.

Aucun effet secondaire à la suite du traitement n’est détecté. Les chevaux traités avec le SAC bénéficient d’une régression significative de leur boiterie à J70, contrairement au lot témoin. Le SAC diminue significativement l’hyperplasie de la membrane synoviale. Bien que la différence soit non significative, ces animaux semblent présenter un cartilage moins fibrillé et une plus faible fréquence d’hémorragies de la membrane synoviale. La concentration en IL-1-Ra dans le liquide synovial est augmentée à J35 et à J70 dans les articulations traitées avec le SAC, par rapport à celles qui ont reçu une injection de sérum physiologique. Les qualités macroscopiques du liquide synovial semblent ne pas être modifiées [⁸].

Dans un autre modèle expérimental visant à évaluer la réparation d’un défaut sous-chondral de pleine épaisseur traité à l’aide de microfractures en association avec une injection d’IL-1-Ra et d’IGF-1 avec des défauts créés dans le carpe et le grasset, une augmentation de la quantité de protéoglycanes et de collagène de type 2 et une expression significative du gène IL-1-Ra sont observées pendant les 3 premières semaines [¹⁶]. Ces données suggèrent que la thérapie génique pourrait potentialiser la réparation des défauts sous-chondraux [¹⁶].

Résultats cliniques

Bien que le produit reste relativement peu utilisé en médecine humaine, des résultats intéressants sont obtenus pour le traitement de l’arthrose du genou dans un essai clinique multicentrique [², ⁷, ¹⁰]. Une étude avec placebo sur l’arthrose du genou donne des résultats encourageants bien que les auteurs considèrent que les effets ne soient pas suffisants [²⁰]. L’IRAP est utilisée lors de douleurs lombaires neurogéniques et pour certains traumatismes musculaires [¹⁹]. Une forme synthétique recombinante (anakinra) est préférée pour le traitement de l’arthrite rhumatoïde [⁵].

Comme pour de nombreux produits utilisés chez le cheval, la diversité des affections traitées rend la réalisation d’une étude clinique difficile. D’après des données de laboratoire Orthogen communiquées par T. Weinberger, une résolution de la boiterie est observée pendant 3 mois chez 178 des 262 chevaux de la série (soit 67 %)⁽²⁾. L’amélioration est espérée après la deuxième injection, avec une disparition de la boiterie après la troisième ou la quatrième injection. La durée d’action varie de 3 mois à 1 an chez des chevaux ne répondant plus aux autres traitements.

À notre connaissance, aucune étude n’évalue l’innocuité et l’efficacité de l’IRAP hétérologue. Il n’existe pas non plus d’essai clinique sur l’utilisation intratendineuse ou ligamentaire de SAC. Cependant, une étude expérimentale suggère quelques effets positifs sur la réduction de l’inflammation [¹¹].

Conclusion

Une étude expérimentale montre les résultats favorables du SAC lors d’arthrose. Néanmoins, comme pour de nombreuses autres thérapeutiques articulaires chez le cheval, aucun essai clinique ne prouve son efficacité. De plus, il n’existe pas de preuve sur l’action d’une protéine IRAP purifiée de synthèse.

• (1) Ces résultats sont des données de laboratoire qui n’ont pas été publiées.

• (2) Weinberger, T. (2008). IRAP Therapy. Regenerative Medicine Course, Leipzig, Germany.

• (3) Weinberger, T. (2014). IRAP Therapy. Regenerative Medecine Course, Bonn, Germany.

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