Notre capacité à guérir et à régénérer de nouveaux tissus après une blessure a beaucoup à voir avec le sexe biologique. Par exemple, après la ménopause, la perte de la signalisation des hormones sexuelles chez les femmes peut entraîner des maladies dégénératives telles que l’ostéoporose et l’arthrose, où les os et le cartilage se dégradent et deviennent plus fragiles et cassants en raison de la perte de tissus.
Aujourd’hui, un chercheur de l’Université du Kansas a remporté un prix de recherche Maximizing Investigators de 1,25 million de dollars sur cinq ans des National Institutes of Health pour étudier comment les œstrogènes interagissent avec le corps au niveau du microenvironnement cellulaire. Les résultats pourraient orienter l’étude des différences sexuelles dans les cellules stromales mésenchymateuses humaines (CSM), des cellules spécialisées qui peuvent soutenir une foule d’autres cellules en favorisant la réparation et la régénération des tissus après une blessure et représentent une clé pour développer de nouvelles thérapies adaptées.
« J’essaie de comprendre pourquoi les tissus masculins et féminins peuvent se régénérer différemment et comment cela conduit à l’apparition de maladies où le tissu ne se régénère pas bien, comme l’ostéoporose et l’arthrose », a déclaré Jenny Robinson, professeure adjointe de génie chimique et pétrolier. à KU, qui dirigera les travaux dans le cadre du prix NIH MIRA. « Nous allons aborder cette question au niveau ou au microenvironnement dans lequel vivent les cellules, essentiellement, et voir comment cela pourrait dicter la régénération. Nous examinons l’œstradiol, l’œstrogène le plus prédominant, et associant cette connaissance au contrôle des cellules ‘ Environnement 3D pour voir, en fin de compte, de quoi avons-nous besoin pour favoriser la réparation, et c’est probablement différent dans les tissus masculins et féminins. »
En tant qu’athlète adolescente, Robinson a été écartée de la poursuite d’une carrière de football sérieuse en raison d’une blessure au genou, mais cela a également déclenché son intérêt pour la science impliquée dans la récupération du corps, une curiosité qui a conduit à son expertise dans les biomatériaux, l’ingénierie tissulaire et l’ingénierie biomoléculaire. . « Mon laboratoire est vraiment concentré sur le tissu conjonctif », a-t-elle déclaré. « Nous faisons beaucoup avec le ménisque du genou. C’est vraiment ce que nous faisons depuis trois ou quatre ans. »
Le nouveau travail du chercheur de la KU vise à développer des outils biomatériaux pour analyser les différences sexuelles dans la réparation des tissus et la façon dont les corps maintiennent l’homéostasie, ou un équilibre nécessaire pour promouvoir la santé et la fonction après des changements tels que des blessures. Les travaux suivront trois axes principaux :
Tout d’abord, Robinson espère mieux comprendre comment les CSM mâles et femelles réagissent différemment aux propriétés spatiales et mécaniques du microenvironnement cellulaire à l’aide de biomatériaux modifiés dans son laboratoire.
« Certaines données cliniques montrent qu’il pourrait y avoir des différences dans les composants structurels des tissus chez les hommes et les femmes », a-t-elle déclaré. « Nous savons que les cellules sont très sensibles à leur environnement structurel, et dans ces systèmes d’ingénierie, nous pouvons contrôler de nombreux facteurs. Mon laboratoire construit des structures 3D à base de polymères qui imitent les tissus. Nous utilisons une technique pour générer des fibres à l’échelle du collagène – ; donc à l’échelle du nanomètre au petit micron – ; et sachez que dans l’ensemble, les cellules réagissent complètement différemment si elles sont sur un nanomètre par rapport à une fibre micrométrique, ou si ces fibres sont simplement orientées ou alignées de manière aléatoire comme dans le muscle ou beaucoup de tissu conjonctif comme le ménisque. Mais que se passe-t-il s’il s’agit de patients de sexe masculin ou féminin ; ces cellules réagissent-elles différemment aux signaux structurels que nous pouvons concevoir et leur fournir en laboratoire ? »
De plus, Robinson vise à découvrir comment les œstrogènes affectent la transcription en aval, ou comment les cellules copient des segments d’ADN en ARN pour fabriquer des protéines essentielles, et le comportement ultérieur des cellules. Pour ce faire, son laboratoire a développé des micropuces personnalisées qui exposent les cellules à différentes concentrations d’œstrogènes.
Nous avons adapté les conceptions précédentes et fabriqué à l’installation de nanofabrication KU. Ils sont faciles à faire et assez bon marché. Les chercheurs montrent que les œstrogènes ont des effets sur une large gamme de concentrations d’œstrogènes et donc, en fonction de la concentration, vous pourriez dire : « Eh bien, les œstrogènes font ceci, ou ils font le contraire. » Si vous dites : « Je vais examiner cette plage de concentration et je vais le faire manuellement », cela va prendre beaucoup de temps. Nous examinons un changement de concentration de neuf ordres de grandeur. Cependant, on peut aborder cette large gamme de concentration dans ces dispositifs en ensemençant des cellules – ; vous avez juste besoin d’une petite quantité -; puis les appareils sont capables d’appliquer rapidement différentes concentrations à travers de nombreux canaux en utilisant la diffusion. Vous obtenez une gamme de concentrations simplement en mélangeant de zéro à une concentration élevée à travers ces canaux et créez un gradient de concentration. L’idée est que vous dosez ces cellules pendant 24, 48 ou 72 heures, puis vous pouvez retirer les cellules et commencer à regarder comment les cellules réagissent en fonction de ces concentrations. Ces micropuces permettront d’économiser le temps et les coûts nécessaires pour mener à bien ces études. »
Jenny Robinson, professeure adjointe de génie chimique et pétrolier à la KU
Enfin, Robinson et son laboratoire espèrent utiliser leurs résultats pour concevoir des systèmes de biomatériaux qui régulent efficacement la présentation des œstrogènes aux cellules, une avancée qui pourrait conduire à des traitements plus efficaces pour une multitude de blessures et de maladies chroniques qui endommagent les os et le tissu conjonctif.
« La façon dont nous fabriquons des biomatériaux, nous pouvons contrôler la libération d’œstrogènes. Tout comme les pilules à libération lente, nous pouvons adopter l’idée de microsphères et de formulation de médicaments mais l’appliquer au matériau d’échafaudage 3D », a-t-elle déclaré. « Nous pouvons en fait créer un biomatériau plus proche du produit où vous dites: » C’est la structure dont j’ai besoin pour que les cellules répondent, et elle libère cette hormone ou ce modulateur hormonal à ce rythme que nous savons être vraiment important pour la réparation. ‘ »
Alors que la recherche se concentre initialement sur les œstrogènes et les biomatériaux potentiels destinés aux femmes, la chercheuse de la KU a déclaré que son enquête pourrait aboutir à des thérapies qui profiteraient également aux hommes.
« Si quelqu’un doit être mis sous inhibiteur de l’aromatase -; par exemple, les hommes prennent ces inhibiteurs pour empêcher la conversion de la testostérone en œstrogène, cela aura des implications pour les deux sexes biologiques », a-t-elle déclaré.
Robinson a déclaré que les travaux réalisés dans le cadre de la subvention aideront également à former la prochaine génération de scientifiques dans le domaine de l’ingénierie des biomatériaux.
« J’ai 14 personnes dans le groupe en ce moment, y compris des étudiants de premier cycle, des étudiants diplômés et un post-doctorant, et ils réalisent différents projets tous inclus dans ce travail », a-t-elle déclaré. « Pour moi, la formation et le processus d’apprentissage pour les étudiants sont ce que je préfère. J’aime la possibilité de donner une idée d’ensemble et de les faire fonctionner avec. La capacité d’encadrer ces stagiaires est l’une des principales raisons pour lesquelles je aime la recherche universitaire. »
Pourtant, Robinson a déclaré que l’objectif final est de mener des recherches qui amélioreront la santé des gens.
« Tant de gens doivent faire face à des blessures musculo-squelettiques », a-t-elle déclaré. « Cela affecte la qualité de vie des gens. C’est l’un des plus gros problèmes qui causent l’invalidité, le chômage et le manque de capacité de travail en général. Les blessures orthopédiques et la dégénérescence sont susceptibles d’affecter de nombreuses personnes. Tout le monde connaît quelqu’un qui a blessé un certain type de conjonctif. tissu. »
