Science en Conscience

Réparer les corps élastiques

par Pascal Sommer

Respirer, courir, manger, uriner, chanter ou accoucher sont des actions qui mobilisent notre élasticité. Comment préserver cette capacité essentielle des organes et tissus à revenir à leur forme initiale après déformation?

Décryptage avec le biologiste Pascal Sommer, à l’occasion du colloque « Comment réparer l’homme élastique ? », le 5 décembre au CNRS à Paris.

Le corps des êtres humains – et des animaux – s’est édifié pour et par le mouvement. La clé de ce mouvement est la capacité de différents organes et tissus du corps (os, peau, vaisseaux, ligaments, etc.) à revenir à leur forme initiale après déformation, en d’autres termes l’élasticité. C’est elle par exemple qui permet aux parois des poumons et des artères de se gonfler et de se dégonfler selon les variations de tensions. Ou à la vessie d’être efficace. Et si le tissu prend du temps pour revenir à sa forme initiale, on parle globalement de viscoélasticité. Seulement voilà, passé la vingtaine et la croissance une fois achevée, les fibres élastiques qui donnent majoritairement l’élasticité au corps ne se renouvellent pas ou peu. Nous disposons donc d’un capital élastique qui s’altère, plus ou moins rapidement selon notre hygiène de vie. La recherche s’attache aujourd’hui à développer des solutions pour étudier, protéger, stimuler voire remplacer les fibres élastiques ou les composants viscoélastiques du corps.

Reed Richards, L’Homme Élastique du film « Les quatre fantastiques » ici en photo, n’a pas les problèmes du commun des mortels dont le capital élastique s’altère sensiblement avec l’âge et la maladie…

Perte d’élasticité et maladies

Se pencher sur le concept d’« humain élastique » est aujourd’hui une priorité riche de promesses. La perte d’élasticité est en effet l’une des causes de nombreuses pathologies ou de leur aggravation. On peut citer l’insuffisance cardiaque, la rupture d’anévrisme, l’emphysème, les rides, la perte de phonation (ce sont les vibrations des cordes vocales et du tympan qui assurent la phonation et l’audition), le mauvais fonctionnement des intestins, la rupture de ligaments (qui contiennent une teneur variable mais indispensable de fibres élastiques), les hernies discales, une forme de glaucome ou de cécité, etc.

Le vieillissement n’est pas seul en cause dans la perte des propriétés mécaniques de nos organes et tissus. Certains syndromes génétiques induisent en effet une faiblesse d’élasticité ou de viscoélasticité. On a ainsi pu mettre en évidence chez la souris un prolapsus génital (ou « descente d’organes ») lié à une malformation génétique des tissus élastiques. Enfin, tout ce qui est oxydant agresse les fibres élastiques et accélère leur dégradation. Rayons UV, cigarettes, pollution (certaines nanoparticules notamment) et malbouffe sont donc au premier plan des toxiques.

Moins connue est ce que certains appellent la caramélisation du corps, liée à la surabondance de sucres dans l’organisme (notamment dans les diabètes). Une manifestation concrète du vieillissement élastique s’observe aussi après la ménopause. Pour y remédier, une hormonothérapie s’avère risquée compte tenu de ses potentiels effets secondaires. On sait en revanche que le sport a un rôle bénéfique pour préserver élasticité et viscoélasticité des tissus.

Faisceau de fibres de collagène vu au microscope électronique à balayage et colorisé. Des substituts de ce type de fibres sont déjà disponibles sur le marché.

La modélisation, un outil essentiel

Les caractéristiques mécaniques d’élasticité et de viscoélasticité des tissus et des organes sont liées à de subtils arrangements physico-chimiques au niveau de molécules ou entre molécules. Il est donc capital de connaître ces propriétés à toutes les échelles, notamment via la modélisation mathématique, afin de comprendre, réparer, remplacer, opérer.

On sait par exemple que certaines tumeurs n’ont pas la même élasticité qu’un tissu sain, cette caractéristique permettant d’améliorer leur détection avec des ultrasons. Mais le secret pour régénérer l’élasticité de la peau chez un grand brûlé n’est pas encore connu. Si l’on veut simuler les déformations d’un organe en temps réel afin d’aider le chirurgien lors d’une opération, là encore, rien n’est possible sans la parfaite connaissance des propriétés élastiques des tissus et leur modélisation, de l’échelle de la protéine à celle de l’organe complet en passant par les organites intracellulaires.

La réparation de l’« humain élastique » apparaît aujourd’hui sous un jour nouveau où les sciences de l’ingénierie jouent un rôle majeur. Les perspectives de recherche sont multiples. Il existe de rares approches pharmaceutiques. Par exemple, un extrait de plante, l’aneth, qui a fait l’objet d’un brevet CNRS-BASF, démontre une efficacité significative pour stimuler la synthèse de fibres élastiques ; l’industriel le propose pour améliorer l’élasticité de la peau en dermocosmétologie. L’extrait d’aneth a aussi permis de démontrer une protection intéressante contre le vieillissement du système cardiovasculaire de la souris. Reste à voir si cette dernière application, essentiellement préventive, intéressera les sociétés pharmacologiques.
Biomatériaux et ultrasons au secours des tissus

Afin de suppléer des tissus mécaniquement défaillants chez l’humain, on peut aussi lui implanter des biomatériaux. Pour assurer la rigidité de ces derniers, des substituts des fibres de collagène sont déjà disponibles sur le marché. C’est par exemple le cas pour les stents (sortes de ressorts métalliques glissés dans une artère pour la dilater en cas de rétrécissement).

Pour les améliorer, on envisage à présent de fabriquer des biomatériaux biomimétiques, c’est-à-dire qui imitent la nature en s’inspirant de ses formes et de ses matières. On sait faire synthétiser une forme d’élastine humaine par des cellules in vitro et des essais sont en cours pour l’intégrer dans des biomatériaux, voire par impression 3D. Mais eu égard à l’encadrement éthique en France, il faudrait aussi envisager de la synthétiser chimiquement en tout ou en partie.

On sait aujourd’hui faire synthétiser une forme d’élastine humaine, comme cette protéine élastique (vue au microscope), par des cellules in vitro.

Pour finir cet incomplet tour d’horizon, on peut aussi évoquer les ultrasons qui, en plus de leur intérêt bien connu pour établir des diagnostics, montrent des vertus thérapeutiques en favorisant la croissance ou la régénération des tissus. Tandis qu’un autre concept fait rêver : une reprogrammation épigénétique qui pourrait moduler de façon bénéfique l’expression du patrimoine génétique. Il s’agirait de contrecarrer le cercle vicieux qui s’installe quand l’élasticité des tissus est réduite. Ce serait utile chez l’adulte, et c’est absolument nécessaire chez des enfants affectés par une mutation génétique provoquant un mauvais fonctionnement des tissus élastiques (syndromes de la cutis laxa, de Marfan, de Williams, etc.).

Respirer, courir, manger, uriner, chanter ou accoucher sont des actions qui mobilisent notre élasticité. Le concept d’« humain élastique » conduit à des émergences scientifiques importantes ayant des conséquences potentielles jusque dans les applications cliniques. Le colloque organisé par le CNRS et l’Académie des technologies se focalisera sur les tissus élastiques humains (os, peau, vaisseaux, ligaments, organes). Il sera la première grande occasion nationale de réunir plusieurs disciplines sur cette question cruciale et universelle.

Pour en savoir plus sur le colloque du 5 décembre « Comment réparer l’homme élastique ? » : http://www.cnrs.fr/insis/recherche/evenements/colloque-homme-elastique.htm

https://lejournal.cnrs.fr/

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