Acide hyaluronique, également connu sous le nom d'hyaluronane, est un polysaccharide qui aide à établir la viscosité des fluides corporels. Selon une nouvelle étude menée par des scientifiques de l'EPFL, il influence également le comportement de beaucoup plus de molécules d'eau qu'on ne le pensait auparavant. Leurs conclusions, qui viennent d'être publiées dans Avancées scientifiques —ouvrir de nouvelles voies de recherche sur le rôle de l'eau dans le corps humain.

Alors que l'eau est connue depuis longtemps comme un élément crucial des systèmes biologiques, ce n'est que récemment que les scientifiques commencent à découvrir les manières complexes dont il pilote la structuration de composés biologiques tels que les protéines, membranes, ADN et sucres C'est aussi le cas pour l'hyaluronane, un polysaccharide présent autour des cellules et dans des parties de notre corps où la lubrification et la viscosité sont importantes, comme dans nos articulations. L'hyaluronane est un déterminant clé de la texture des fluides aqueux dans ces zones. En utilisant une nouvelle méthode développée dans leur laboratoire, les scientifiques du LBP ont découvert que l'hyaluronane influence l'orientation de beaucoup plus de molécules d'eau qu'on ne le pensait auparavant. Leurs recherches, apparaissant dans Avancées scientifiques , marque une percée dans la façon dont les scientifiques perçoivent le rôle de l'eau dans la biologie.

Une nouvelle façon de comprendre l'hydratation

Les scientifiques du LBP ont sondé à l'échelle nanométrique pour mieux comprendre comment l'hyaluronane interagit avec l'eau. Les molécules d'hyaluronane contiennent de nombreux anions, ou des ions chargés négativement, tandis que les molécules d'eau (H2O) sont neutres mais chargées positivement à une extrémité et chargées négativement à l'autre extrémité. Cette distribution de charge oriente les molécules d'eau lorsqu'elles « voient » la charge négative de l'hyaluronane. Précédemment, on pensait que les charges influençaient l'eau sur une distance de 3 molécules d'eau, impliquant uniquement cette interaction. Cependant, en utilisant leur nouvelle méthode, les scientifiques du LBP ont découvert que l'influence s'étend en fait jusqu'à 1, 600 molécules d'eau. Ils ont également découvert un deuxième mécanisme qui oriente l'eau, à savoir que le champ électrostatique des anions modifie légèrement la manière dont les molécules d'eau se connectent les unes aux autres. Ce mécanisme est également en jeu dans les solutions d'hyaluronane. Cette découverte révolutionnaire pourrait remettre en question les façons conventionnelles de penser à l'eau et à la façon dont elle interagit avec des molécules complexes. L'hyaluronane est connu pour ses propriétés viscosifiantes, qui a toujours été pensé pour résulter uniquement d'interactions entre les molécules d'hyaluronane. Cependant, ce travail montre que l'eau et comment elle est influencée joue également un rôle important.

Tester l'orientation des molécules d'eau

L'hyaluronane oriente les molécules d'eau en améliorant les corrélations eau-eau. Il agit comme une "chaîne flexible entourée de coquilles étendues d'eau corrélée orientationnellement, qui fluctue en fonction des mouvements de la molécule d'hyaluronane, " dit Sylvie Roke, chef de la LBP. Son équipe de scientifiques a mesuré les corrélations spatiales sur des échelles de longueur nanoscopiques.

Leur méthode diffère des techniques standards, comme la diffusion de la lumière, qui mesure les variations de l'hyaluronane plutôt que des molécules d'eau. Quoi de plus, les techniques existantes ne sont pas assez sensibles pour fonctionner à de très faibles concentrations. La méthode LBP, appelée diffusion élastique femtoseconde de la seconde harmonique, offre une sensibilité 1000 fois supérieure, permettant de mesurer les minuscules corrélations structurelles qui résultent des changements dans la structure de l'eau. L'éclairage d'une solution avec une impulsion laser proche infrarouge femtoseconde entraîne la génération de photons qui ont la double énergie des photons entrants. De tels photons de deuxième harmonique ne peuvent être générés qu'à partir de régions du liquide qui ont une symétrie brisée par rapport à la structure isotrope du liquide en vrac pur. Ils rendent donc compte de manière très sensible des différences structurelles. En revanche, dans les méthodes de diffusion de la lumière classiques, les mêmes photons de couleur sont émis par chaque molécule, de sorte que les différences structurelles ne sont détectables qu'en effectuant une mesure de différence. Cela se traduit par une sensibilité 1000 fois plus élevée, ainsi que, dans ce cas, la sensibilité à l'eau.

Roke explique :« La capacité d'observer comment les superstructures de l'eau changent en réponse à des molécules comme l'hyaluronane ouvre un tout nouveau domaine de recherche. Notre méthode pourrait être utilisée en combinaison avec d'autres, approches optiques non linéaires pour mieux étudier la complexité des systèmes aqueux, que nous commençons tout juste à découvrir."