Le temps prolongé dans l’espace affaiblit les os des astronautes, de sorte que les scientifiques s’efforcent de mieux comprendre comment les os détectent et répondent aux forces habituelles placées sur eux dans le but de garder leurs os solides.
La capacité du squelette à s’adapter à la charge mécanique – les forces exercées sur l’os par la gravité et les muscles en réponse au mouvement – est essentielle à la santé des os, et des circonstances comme un vol spatial ou une lésion de la moelle épinière peuvent interférer, explique le Dr Meghan E. McGee-Lawrence, ingénieur biomédical au Département de biologie cellulaire et d’anatomie du Medical College of Georgia.
« C’est un problème pour les astronautes qui sont sur la Station spatiale internationale pendant de longues périodes, et cela continuera à être un problème pour finalement essayer d’envoyer des astronautes sur Mars », dit McGee-Lawrence. C’est aussi un problème ici sur Terre suite à une lésion de la moelle épinière, une période prolongée d’alitement et pour une population inactive de tout âge.
McGee-Lawrence vient de recevoir une subvention de 750000 $ de la NASA pour l’aider à mieux comprendre comment le manque de gravité et d’autres causes de désuétude affectent la dynamique habituelle du squelette, et les moyens de restaurer une dynamique saine lorsque les options habituelles comme l’augmentation de l’activité physique et l’haltérophilie sont pas viable.
«Si nous pouvons trouver un moyen de rendre l’os plus sensible aux sollicitations mécaniques, alors nous pourrions augmenter la masse osseuse avec moins d’effort. C’est un objectif à long terme», dit-elle.
Elle se concentre sur les capteurs naturels de la charge mécanique sur l’os appelés ostéocytes. Ce sont les cellules les plus courantes de l’os, et le laboratoire de McGee-Lawrence a été le premier à signaler que des déchirures, appelées perturbations de la membrane plasmique, se produisent dans les ostéocytes avec une charge mécanique, et que, lorsque tout va bien, le résultat est des larmes guéries et de la construction. OS.
Ils ont montré que les perturbations de la membrane plasmique se produisent dans les ostéocytes sains en moins d’une minute en réponse à la charge et déclenchent immédiatement des changements comme laisser entrer plus de calcium, qui à son tour modifie l’expression de molécules qui régulent l’activité des ostéoblastes formant des os et des ostéoclastes consommateurs d’os. .
Le calcium présent en abondance dans le liquide extracellulaire autour des ostéocytes se précipite à travers la nouvelle ouverture où le minéral, mieux connu pour la formation d’os et de dents solides, fonctionne plutôt comme un appel à l’action pour ces cellules.
Lorsqu’il y a peu de déchirures et peu de charge mécanique, le message aux ostéoblastes est qu’un os plus dense n’est pas nécessaire et que les ostéoclastes résorbent une partie de la matrice osseuse. Inversement, lorsque les ostéocytes ressentent beaucoup de charge et de déchirure, ils demanderont aux ostéoblastes de renforcer la densité osseuse et aux ostéoclastes de réduire la résorption.
Son laboratoire a montré que le simple fait de se promener dans des cages produit des déchirures dans les os longs des souris, qui, comme ceux de nos jambes, supportent notre poids et nous permettent de bouger. Cette base de référence suggère que ces larmes font partie de la réponse de routine à l’attraction gravitationnelle quotidienne, dit-elle, et l’une des raisons pour lesquelles les astronautes luttent contre la perte osseuse dans l’espace.
Ils examinent donc directement ce qui arrive à la formation et à la réparation des perturbations de la membrane plasmique dans les ostéocytes en réponse à la désuétude. Ils recherchent également des moyens de normaliser ce processus apparemment essentiel pour maintenir un os sain face à la désuétude qui se produit dans l’espace ainsi que sur Terre.
«Ce que nous espérons savoir, c’est comment ce mécanisme de rupture de la membrane est affecté par la désuétude et contribue-t-il à la perte osseuse qui est vécue en désuétude et, si c’est le cas, pouvons-nous faire quelque chose pour inverser ces processus», dit-elle. «Pouvons-nous faire quelque chose pour les ostéocytes pour les rendre plus susceptibles d’éprouver des déchirures ou plus susceptibles de réparer ces déchirures et ensuite, en conséquence, faire en sorte qu’il y ait moins de perte osseuse pendant la non-utilisation.»
Elle et ses collègues ont des preuves que moins de déchirures ne sont pas bonnes et veulent explorer davantage ce qui arrive au taux de réparation sans utilisation. Ils veulent également connaître le meilleur taux de guérison: une réparation lente augmente-t-elle la survie des ostéocytes ou la survie s’améliore-t-elle avec une réparation rapide? Il est certain que si les larmes ne guérissent pas, les ostéocytes ne survivent pas.
«La bonne nouvelle, c’est que nous pouvons régler le problème dans les deux sens», dit-elle. Mais ils théorisent qu’une réparation plus rapide n’est pas nécessairement meilleure parce qu’ils soupçonnent que la quantité de calcium qui entre en corrélation avec la réponse de la cellule à la déchirure.
«Pensez à une rupture de membrane comme à une porte dans la cellule. Si vous claquez la porte trop rapidement, alors la cellule n’a pas assez de temps pour ressentir cette déchirure et déclencher la signalisation pour répondre», dit-elle.
Puisqu’ils connaissent déjà assez bien la machinerie moléculaire qui aide à guérir les larmes, ils disposent déjà de moyens génétiques et pharmacologiques pour modifier à la fois la sensibilité d’un ostéocyte à la déchirure et la rapidité avec laquelle il se répare. Elle pense que les protéines impliquées dans la réparation des déchirures de la membrane, comme PRKD1, qui réside dans la membrane cellulaire et est une arrivée précoce sur un site de déchirure, sont des cibles logiques pour les deux.
«Le but ultime est de trouver un moyen, qu’il s’agisse d’une thérapie médicamenteuse ou d’un autre type de régime, qui puisse améliorer le fonctionnement de ces processus chez les astronautes et les personnes sur terre qui sont également en désuétude», dit-elle.
Malgré des contre-mesures telles que l’entraînement en résistance, les astronautes sont connus pour perdre 1 à 1,5% de leur densité minérale osseuse dans des endroits porteurs, comme les hanches et les genoux, par mois, dit-elle, et le voyage prévu de sept mois vers Mars signifiera probablement chaque astronaute développe une ostéopénie, un affaiblissement de la masse osseuse qui survient généralement avec l’âge, et 80% développeront une ostéoporose. «C’est vraiment un problème. Non seulement perdent-ils activement des os pendant qu’ils sont dans l’espace, mais à un moment donné, ils doivent revenir à la gravité … et qu’arrive-t-il ensuite? elle dit. Des études suggèrent que c’est un long chemin vers la récupération osseuse pour les astronautes, même s’ils sont en bonne forme physique lorsqu’ils partent.
Ainsi, elle et son équipe de recherche font également la chronique de ce qui arrive à la déchirure et à la réparation avec la reprise de l’utilisation et comment cela est en corrélation avec la résistance osseuse de leur modèle animal. Conformément à l’expérience des astronautes, ils ont des preuves que si la reprise de l’utilisation peut aider, les ostéocytes sont moins susceptibles de se réparer et de survivre aux larmes après une longue période d’inactivité.
Il existe des thérapies efficaces, comme les bisphosphonates, qui peuvent aider à la perte osseuse liée à l’âge, mais elles ne se sont pas avérées efficaces lorsque la désuétude est le principal moteur. «C’est pourquoi nous devons proposer de meilleures cibles, des cibles plus efficaces, pour essayer de prévenir la perte osseuse induite par la désuétude», dit-elle.
McGee-Lawrence a travaillé avec le biologiste cellulaire MCG maintenant à la retraite, le Dr Paul McNeil, un expert en réparation de la membrane plasmique, qui a documenté l’afflux de calcium à l’intérieur d’une cellule lorsqu’une déchirure se produit dans de nombreux types de cellules, y compris les cellules musculaires. La déchirure et la réparation de la membrane des cellules musculaires sont essentielles à la croissance des muscles en réponse à l’haltérophilie.
Bien qu’il soit clair depuis longtemps que la charge mécanique se traduit également par des os plus solides, la question de savoir comment reste une question, dit-elle. Comme ce que McNeil a exploré avec le muscle, elle soupçonne que les déchirures de la membrane plasmique sont essentielles.
«Nous pensons que la formation de ces déchirures est importante pour la façon dont les cellules osseuses savent qu’elles sont exposées à ce niveau de charge», dit-elle, en particulier de la charge à fort impact résultant de la course et du saut. « Les cellules ont besoin d’un moyen de savoir ce qui se passe en dehors de leur membrane cellulaire. C’est une façon de le faire. »
Chaque ostéocyte en forme d’étoile a 50 à 60 processus en forme de bras, similaires aux dendrites des cellules nerveuses, qui lui permettent de sentir ce qui se passe autour de lui, de communiquer avec d’autres ostéocytes ainsi qu’avec les ostéoblastes et ostéoclastes. Comme pour de nombreux types de cellules, le nombre d’ostéocytes diminue avec l’âge et la capacité de votre os à répondre au poids ou à l’absence de charge.
L’ostéoporose est appelée une maladie silencieuse, car il n’y a généralement aucun symptôme jusqu’à ce qu’un os se brise ou qu’un effondrement des vertèbres ne se brise, selon le Centre national de ressources pour l’ostéoporose et les maladies osseuses associées des National Institutes of Health. Elle affecte les deux sexes et tous les groupes raciaux et ethniques et peut survenir à tout âge, bien que le risque augmente avec l’âge. L’inactivité et le tabagisme augmentent également le risque et certains médicaments, comme les corticostéroïdes, le peuvent également.
La NASA prévoit de placer une femme et un homme sur la Lune pour une exploration plus approfondie d’ici 2024 et d’y établir une présence humaine permanente d’ici une décennie. Ce que la NASA apprend de ces visites spatiales prolongées ainsi que de leurs explorations de rover sur Mars – un nouveau rover appelé Perseverance doit atterrir aujourd’hui, 18 février – aidera à mieux se préparer à envoyer des astronautes sur Mars, la quatrième planète de le soleil.
La source:
Collège de médecine de Géorgie à l’Université Augusta
