L’arthrose est la maladie articulaire dégénérative la plus courante, affectant 22 % des adultes de plus de 40 ans dans le monde. Bien que la condition ait été largement étudiée d’un point de vue médical, les changements moléculaires associés à l’arthrose restent flous. Dans une nouvelle étude, les chercheurs ont utilisé une combinaison de techniques pour suivre la progression de la maladie et les changements qui y sont associés.
Le cartilage des articulations, associé à un lubrifiant connu sous le nom de liquide synovial, fournit une surface lisse qui aide à résister aux mouvements de mise en charge. Le liquide contient plusieurs molécules, dont l’hyaluronane (HA) et des phospholipides. Étant donné que l’environnement cartilagineux ne peut pas être rapidement guéri ou réparé, les chercheurs ont tenté de diagnostiquer les premiers stades de la maladie articulaire en surveillant le poids moléculaire et la concentration de HA.
« Bien que nous sachions que dans les articulations saines, le frottement est très faible, on ne sait pas quelles autres molécules sont impliquées et comment elles changent au cours de l’arthrose », a déclaré Rosa Espinosa-Marzal (EIRH), boursière de la faculté Donald Biggar Willett et professeur de génie environnemental. et science, et science et ingénierie des matériaux. « Au cours des premiers stades de l’arthrose, le cartilage commence à se dégrader et des recherches antérieures ont montré que la composition moléculaire du liquide synovial change. Nous voulions voir si les deux changements étaient liés l’un à l’autre. »
Dans une articulation saine, le poids moléculaire de l’AH varie entre 2 et 20 MDa avec une concentration allant de 1 à 4 mg/ml. Cependant, dans les articulations malades, l’HA est décomposé, ce qui entraîne un poids moléculaire inférieur. De plus, sa concentration est également réduite de dix fois. Sur la base de ces observations, faites par d’autres chercheurs, l’étude a examiné comment la concentration et le poids moléculaire de l’AH influencent la structure des articulations saines et malades.
Pour ce faire, les chercheurs ont combiné des vésicules avec de l’AH de haut et de bas poids moléculaire. En utilisant la diffusion des neutrons et la diffusion de la lumière, ils ont découvert que le poids moléculaire de l’HA peut modifier considérablement la structure des vésicules. L’HA de poids moléculaire inférieur, qui imite les articulations atteintes d’arthrose, entraîne une plus grande taille de vésicule. Ils ont également observé que le poids moléculaire de l’AH modifie l’épaisseur des couches de phospholipides dans les articulations.
Les chercheurs ont également étudié comment ces différences peuvent influencer la formation d’un film protecteur ; dans les articulations, ce film est responsable du très faible frottement dont nous avons besoin pour un mouvement sans entrave. Une fois de plus, ils ont utilisé une combinaison de techniques, la microbalance à cristal de quartz et la microscopie à force atomique, pour examiner comment ces molécules s’assemblent sur des surfaces d’or.
« La formation d’un film n’est possible que lorsqu’il existe une concentration optimale de HA et de phospholipides. Même si les surfaces en or ont très peu en commun avec le cartilage, nos études indiquent qu’il pourrait également y avoir une concentration optimale dans des conditions biologiques », a déclaré Espinosa. -Marzal a dit. « C’est une observation importante car nous pouvons utiliser les changements de concentration comme outil de diagnostic. »
« Nous sommes à un point où vous devez utiliser plusieurs techniques sur un système complexe comme celui-ci », a déclaré Mark Rutland, professeur de science des surfaces au KTH Royal Institute of Technology. « Aucune de ces techniques à elles seules ne nous aurait donné un aperçu. La clé était d’examiner tous les différents effets et de rassembler les pièces pour montrer que le poids moléculaire de HA a un effet énorme sur les caractéristiques de la couche formée avec phospholipides. »
Les chercheurs travaillent maintenant sur l’utilisation du cartilage pour comprendre si leurs observations avec des surfaces en or sont également vraies dans un système biologiquement pertinent. Ils souhaitent également étudier les autres composants moléculaires présents dans les articulations afin de construire un modèle plus complet des changements associés à l’arthrose.
