Le corps humain dispose de défenses sophistiquées contre les dépôts de minéraux calciques qui raidissent les tissus cardiaques, ont découvert des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign et des collaborateurs de l'UCLA Health et de l'Université du Texas à Austin dans une nouvelle étude qui fournit la première étape détaillée. Documentation étape par étape de la progression de la calcification.
« Les maladies cardiaques sont la principale cause de mortalité chaque année – environ 18 millions de décès par an – et ce nombre est en augmentation. Une grande proportion est le résultat d'une calcification », a déclaré Bruce Fouke, responsable de l'étude et professeur de sciences de la Terre à l'Université d'I. et le changement environnemental et directeur du Roy J. Carver Biotechnology Center de l'Illinois. « Lorsque la valvule aortique se calcifie, une chirurgie ultra-invasive pour remplacer la valvule est actuellement la seule option. Cela renforce l'urgence de maîtriser ce processus afin de progresser plus efficacement dans le développement et les tests de médicaments. »
La valvule aortique est la porte par laquelle le sang oxygéné est pompé du cœur vers le corps, s'ouvrant et se fermant plus de 3 milliards de fois au cours de la vie moyenne. Des dépôts de calcium peuvent se développer dans les trois lambeaux tissulaires qui composent la valvule, appelés feuillets, les raidissant et les empêchant de s'ouvrir complètement.
En cas de calcification des vaisseaux sanguins, un stent peut aider, mais vous ne pouvez pas le faire avec la valve aortique. Chaque organe du corps peut être en parfait état, mais si la valvule aortique cesse de fonctionner, c'est la fin de cette vie. »
Mayandi Sivaguru, premier auteur de l'étude et directeur, installation Omics, Carver Biotechnology Center
Malgré leur prévalence et leur importance biologique, on sait peu de choses sur la façon dont les dépôts de calcium se forment ou se développent. Le groupe de Fouke a été pionnier dans le domaine du « GeoBioMed », une combinaison de géologie, de biologie et de médecine, et l'a déjà appliqué à l'étude des calculs rénaux. Dans la nouvelle étude, publiée dans la revue Scientific Reports, le groupe de Fouke de l'Illinois s'est associé à des collègues de la faculté de médecine de l'UCLA et de la Jackson School of Geoscience du Texas pour étudier et documenter les étapes de formation de dépôts de calcium dans les valvules aortiques à partir de cadavres humains. cœurs.
« Nous avons utilisé plus de 12 modalités d'étude, notamment la microscopie optique, la microscopie électronique et la spectroscopie, pour étudier pour la première fois la nature et la progression de la minéralisation et la localisation des protéines dans la valve aortique. Cette analyse multimodale nous distingue en découvrant une nouvelle ligne de preuves pour mieux comprendre la calcification cardiovasculaire », a déclaré Sivaguru.
Le point de départ est un tissu de feuillets sain. Ensuite, de minuscules sphérules de phosphate de calcium se forment dans la couche musculaire lisse des folioles.
Fondamentalement, l’équipe a découvert que la forme de phosphate de calcium présente dans les dépôts minéraux n’est pas du même type que celle trouvée dans les os, appelée apatite, comme on le pensait largement. Au lieu de cela, les dépôts sont principalement constitués de phosphate de calcium amorphe, qui a la capacité de se transformer morphologiquement et de se réorganiser atomiquement.
Au fur et à mesure de leur croissance, les sphérules fusionnent en couches qui incrustent et rigidifient le collagène et les fibres musculaires lisses qui confèrent aux folioles leur flexibilité. Ces processus se combinent pour former de gros nodules qui tournent, se touchent et rigidifient davantage les tissus.
« Immédiatement, nous avons constaté que les réactions au sein des tissus des valvules étaient pratiquement identiques à celles que nous avons étudiées dans les récifs coralliens, les sources chaudes et de nombreux autres environnements naturels abritant des interactions vie-eau-minéraux », a déclaré Fouke, qui est le Professeur Ralph E. Grim à l'Illinois. « Notre sang est saturé de calcium et de phosphate. La calcification du collagène et la croissance de nodules sont inévitables compte tenu de la chimie, de la biologie et de la composition de notre sang.
« Cependant, le côté positif de tout cela est que nous avons également découvert que notre corps a développé ces processus incroyablement complexes et efficaces pour lutter contre la minéralisation. Il ne peut pas l'arrêter, mais il peut la ralentir considérablement. »
Les chercheurs ont découvert deux mécanismes de défense. À mesure que les minuscules sphérules ACP se forment et commencent à fusionner, les tissus cardiaques produisent de grandes quantités de protéine ostéopontine. L'ostéopontine favorise la croissance de l'apatite et la calcification des os et des calculs rénaux. Les résultats ont donc initialement intrigué les chercheurs, a déclaré Fouke. Mais l’ostéopontine a l’effet inverse, inhibiteur sur l’ACP, ralentissant la calcification du collagène et l’agrégation des nodules.
« C'est pourquoi il est si important de savoir qu'il s'agit d'ACP plutôt que d'apatite. Améliorer la libération d'ostéopontine pourrait être une nouvelle cible importante pour ralentir la calcification à un niveau tel qu'elle ne constituera pas une menace ou ne nécessitera pas d'intervention chirurgicale », a déclaré Fouke.
La deuxième défense de l’organisme est le collagène même où se forment les nodules. Les chercheurs ont découvert qu’à mesure que les nodules commencent à se développer, les fibres de collagène s’étirent et les contiennent, formant une barrière d’eau qui ralentit encore davantage la croissance des nodules.
En plus d'étudier les applications thérapeutiques possibles de l'ostéopontine pour ralentir la calcification, les chercheurs espèrent également que leurs travaux ouvriront de nouvelles voies de recherche pour prévenir la croissance initiale et dissoudre les dépôts minéraux déjà formés dans tout le corps humain.
En collaboration avec la Mayo Clinic, l'équipe applique désormais son approche multimodale GeoBioMed pour étudier la calcification des tumeurs du sein humain, une caractéristique de la maladie.
