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Cryo analytical microscopy of cell-mediated mineralization in models of bone disease

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Comprendre ce qui fait un os solide et sain

Grâce à un nouveau processus optimisé de préparation des échantillons, les chercheurs peuvent mieux comprendre la différence entre une minéralisation osseuse saine et une minéralisation osseuse dysfonctionnelle.

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De même qu’on ne peut construire un grand édifice sur des fondations fragiles, il est impossible de disposer d’un corps sain sans des os solides. Heureusement, grâce à un processus appelé minéralisation, nos os se maintiennent plutôt bien en forme. «Alors que la minéralisation osseuse contribue à la formation d’un os solide et rigide, lorsque la minéralisation est irrégulière, le contraire peut se produire», explique Suwimon Boonrungsiman, chercheuse au King’s College London. Où se situe donc la limite entre une minéralisation osseuse appropriée et une minéralisation osseuse dysfonctionnelle? Avec le soutien du projet BoneImaging financé par l’UE, Suwimon Boonrungsiman a cherché à le découvrir. Ces recherches ont été entreprises avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie.

Un nouveau procédé de préparation des échantillons

Selon Suwimon Boonrungsiman, le processus par lequel la minéralisation est régulée dans les os sains et pathologiques n’est pas bien compris. «Si nous pouvions lever le voile sur ce mécanisme complexe et identifier le processus qui conduit à des conditions pathologiques, nous pourrions ouvrir la voie au développement de stratégies thérapeutiques pour restaurer la fonction osseuse», ajoute-t-elle. La difficulté réside dans le fait que les processus traditionnels de préparation des échantillons peuvent compromettre la cristallinité des minéraux, ce qui peut conduire à des interprétations erronées. Pour éviter ce risque, les chercheurs ont mis au point un processus de préparation des échantillons basé sur la microscopie électronique: un processus qui utilise un faisceau d’électrons pour agrandir l’image d’un objet. Cela permet non seulement d’examiner un échantillon calcifié, mais surtout de le faire sans introduire par inadvertance des artefacts indésirables lors de la préparation de l’échantillon. «Notre méthode de préparation des échantillons permet d’explorer l’ensemble du processus de minéralisation, depuis la nucléation et le transport dans les cellules osseuses jusqu’à leur incorporation finale dans la matrice osseuse», explique Suwimon Boonrungsiman.

Une comparaison directe et différentiable

En utilisant cette méthode de préparation des échantillons, le projet BoneImaging a suivi deux processus de minéralisation régulés par les cellules. Un processus survient au niveau intracellulaire, c’est-à-dire à l’intérieur des mitochondries et des vésicules, tandis que l’autre se produit au niveau extracellulaire, c’est-à-dire à l’intérieur des vésicules de la matrice. «Notre travail a fourni une vue d’ensemble de ces deux mécanismes, étape par étape, permettant une comparaison directe et différentiable basée sur la taille et les morphologies minérales», note Suwimon Boonrungsiman. Le projet a également étudié le mécanisme de minéralisation dans l’os hypominéralisé, recherche qui a identifié deux altérations des organites de minéralisation. Cependant, comme ces organites coexistent avec des mécanismes normaux, il est nécessaire de procéder à des recherches et des analyses chimiques supplémentaires pour confirmer ces altérations et établir leur lien avec le phénotype observé.

Ouvrir la voie à la restauration de la fonction osseuse

En fournissant des informations manquantes sur le processus de minéralisation, le projet BoneImaging a permis de mieux comprendre ce qui fait un os sain. «L’identification des mécanismes altérés dans le modèle génétiquement déficient peut permettre de comprendre les phénotypes anormaux et fournir des données préliminaires pour de futures études visant à identifier des cibles thérapeutiques de restauration de la fonction osseuse», conclut Suwimon Boonrungsiman. Mais les travaux du projet ne se limitent pas à la minéralisation osseuse. Son processus de préparation et d’analyse des échantillons peut également être appliqué à d’autres tissus calcifiés, y compris la calcification pathologique.

Mots‑clés

BoneImaging, fonction osseuse, os, minéralisation osseuse, microscopie électronique

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