Les expériences neutroniques menées au laboratoire national d'Oak Ridge (ORNL) du ministère de l'Énergie (DOE) ont fourni de nouvelles informations sur les mécanismes qui sous-tendent la santé et la réparation des os. L’étude révèle qu’un type de collagène, une protéine d’échafaudage qui confère aux os leur force et leur flexibilité, passe par un processus de minéralisation essentiel au maintien de la structure et de la fonction osseuse. Les résultats soulignent l’importance de ce processus dans la prévention de la fragilité osseuse et de maladies telles que l’ostéoporose.

Le collagène est un composant clé de la matrice extracellulaire (MEC), un réseau complexe de molécules qui fournit un soutien structurel aux cellules. Dans les os, la MEC est minéralisée en calcium et en phosphate pour former de l'hydroxyapatite, le principal composant minéral des os qui leur confère leur dureté et leur résistance à la fracture.

L'équipe de recherche, dirigée par Karthik Raman de l'ORNL, a utilisé une combinaison de diffusion de neutrons et de modélisation informatique pour étudier la structure et la dynamique du collagène et ses interactions avec l'hydroxyapatite. La diffusion des neutrons est une technique puissante pour étudier la structure et le comportement des matériaux au niveau moléculaire. Les neutrons sont des particules subatomiques sans charge électrique, elles peuvent donc pénétrer profondément dans les matériaux sans causer de dommages.

Les expériences ont révélé que le processus de minéralisation implique la formation d’un composite minéral-collagène possédant une structure hiérarchique. Le composite est composé de fibrilles de collagène réticulées par des cristaux minéraux. Cette structure confère aux os leur résistance mécanique et leur flexibilité.

Raman a expliqué :« Les neutrons nous ont permis de voir comment les molécules de collagène sont disposées et comment elles interagissent avec les cristaux minéraux. Cette information est cruciale pour comprendre comment les os sont capables de résister aux forces mécaniques et de se réparer lorsqu'ils sont endommagés. »

Les chercheurs ont découvert que le processus de minéralisation est hautement régulé et que des perturbations de ce processus peuvent entraîner des troubles osseux. Par exemple, dans l’ostéoporose, une maladie caractérisée par une densité osseuse réduite et une fragilité osseuse accrue, le processus de minéralisation est altéré.

"Nos résultats suggèrent que cibler le processus de minéralisation pourrait constituer une stratégie thérapeutique potentielle pour la prévention et le traitement des maladies osseuses", a déclaré Raman. "En comprenant comment fonctionne le processus de minéralisation, nous pouvons développer de nouveaux traitements qui peuvent aider à maintenir des os sains et à prévenir les fractures."

L'étude est publiée dans la revue Nature Communications.