Diabète: la stimulation des cellules souches osseuses peut améliorer la réparation des fractures


Diabète: la stimulation des cellules souches osseuses peut améliorer la réparation des fractures

Les chercheurs ont découvert une protéine qui stimule les cellules souches osseuses chez les souris diabétiques afin que les animaux se guérissent mieux après une fracture. Ils suggèrent que cela pourrait conduire à un nouveau traitement pour améliorer la réparation osseuse chez les personnes atteintes de diabète.

Les os de souris normales (en haut) forment des cals plus gros pendant la guérison, ce qui entraîne une réparation plus forte. Cependant, les os de souris diabétiques (en bas) ont des callosités plus petites, ce qui conduit à des os plus cicatrisés.

Crédit d'image: Ruth Tevlin et al.

L'équipe, de l'École de médecine de l'Université de Stanford à Palo Alto, en Californie, rapporte les résultats dans le journal Science Translational Medicine .

Michael T. Longaker, professeur de chirurgie plastique et reconstructive et l'un des auteurs principaux de l'étude, résume le travail:

"Nous avons découvert la raison pour laquelle certains patients atteints de diabète ne se guérissent pas bien des fractures et nous avons trouvé une solution qui peut être appliquée localement pendant une intervention chirurgicale pour réparer la rupture".

Le diabète est une maladie chronique qui se produit lorsque la capacité du corps à produire ou à réagir à l'insuline - une hormone qui régule le sucre dans le sang - est altérée.

La glycémie élevée (hyperglycémie) est un effet fréquent du diabète incontrôlé et, au fil du temps, elle peut causer des dégâts graves dans de nombreuses parties du corps, y compris le cœur, les vaisseaux sanguins, les yeux, les reins et les nerfs.

Aujourd'hui, il y a plus de 420 millions de personnes atteintes de diabète dans le monde - près de quatre fois plus qu'en 1980 (108 millions).

La cicatrisation osseuse problématique est l'une des nombreuses complications de santé que rencontrent les personnes souffrant de diabète; Suite à une rupture ou à une fracture, leurs os peuvent guérir mal.

«Le diabète est répandu dans le monde entier», explique le professeur Longaker, et toute amélioration de la capacité des personnes affectées à se guérir des fractures pourrait avoir un effet énorme sur leur qualité de vie ».

Réduction de l'activité des cellules souches squelettiques chez les souris diabétiques

Dans leur étude, le professeur Longaker et ses collègues ont observé une réduction de l'activité des cellules souches osseuses chez les souris élevées pour développer le diabète, ainsi que dans les échantillons d'os de patients diabétiques qui avaient subi des arthropodes.

  • Les estimations suggèrent qu'environ 8,5 pour cent des adultes ont le diabète
  • La maladie est une cause majeure de l'insuffisance rénale, de la cécité, des crises cardiaques, des accidents vasculaires cérébraux et de l'amputation des membres inférieurs
  • Les taux de diabète ont augmenté plus rapidement dans les pays à revenu moyen et faible.

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Dans d'autres expériences, ils ont découvert une protéine qui stimule les cellules souches osseuses. Lorsqu'ils ont appliqué la protéine aux sites de fracture osseuse chez les souris, elles ont augmenté l'expression des protéines de signalisation clés et une meilleure guérison chez les animaux.

La nouvelle étude s'appuie sur des travaux antérieurs dont une équipe a contribué, ce qui a identifié et décrit une population de cellules dans les os de souris qui fonctionnent comme des cellules souches squelettiques (SSC).

Ces cellules souches adultes ont le potentiel de devenir des composants du système squelettique, y compris l'os, le cartilage et le stroma - une partie de la moelle osseuse.

Les chercheurs ont ensuite découvert que la cicatrisation des fractures chez les souris était gravement altérée lorsque leurs niveaux de SSC étaient très faibles.

Cette découverte a demandé à l'équipe de se demander s'il pouvait y avoir un problème avec les SSC chez les personnes atteintes de diabète, dont les os guérissent souvent mal après des fractures.

Les souris diabétiques avaient moins de protéines de signalisation «hedgehog»

Pour la nouvelle étude, l'équipe a utilisé des souris élevées pour développer le diabète de type 2 lorsqu'elles atteignaient environ 4 semaines d'âge. Les animaux ont montré une cicatrisation normale avant que la maladie ne se développe. Cependant, après l'apparition, l'os réparé était significativement plus faible et moins dense que l'os chez des souris normales non diabétiques.

L'équipe a également découvert que les souris diabétiques avaient un nombre beaucoup plus faible de CSE dans les os de guérison 7 jours après la fracture que les souris normales.

Après une série d'expériences, les chercheurs ont établi que les SSC eux-mêmes travaillaient normalement et qu'il n'y avait aucune raison systémique pour la réduction des nombres.

Cela a laissé la possibilité d'un problème avec les signaux que les cellules reçoivent de leur environnement, ou leur niche.

Lorsque les chercheurs ont examiné de plus près, ils ont constaté que les souris diabétiques produisaient moins de protéines de signalisation "hedgehog", qui sont connues pour être importantes pour le développement embryonnaire, la régénération des tissus et d'autres processus biologiques clés.

Ils ont montré que le blocage de la voie de signalisation des hérissons chez les souris non diabétiques avec des fractures a provoqué une repousse de l'os qui était plus faible et plus fragile que la normale - tout comme leurs homologues diabétiques.

Augmentation de la signalisation de hedgehog bloquée TNF-alpha

L'équipe a également constaté que l'ajout des protéines de signalisation hedgehog dans les niches SSC des souris diabétiques restaurait leur capacité à guérir les fractures comme les souris normales.

Dans un dernier ensemble d'expériences, l'équipe a travaillé avec des échantillons d'os de patients atteints et sans diabète qui ont subi des arthropodes pour arthrose.

Les chercheurs ont comparé l'expression des protéines importantes à la voie de signalisation des hérissons dans les échantillons. Ce qu'ils ont trouvé était similaire aux résultats qu'ils ont vus chez les souris. Les échantillons d'os de patients diabétiques ont montré une réduction significative de l'expression des protéines de signalisation.

Ils se demandent si la réduction de la signalisation est due à l'effet de l'inflammation associée au diabète sur le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-alpha) - dont les niveaux sont connus pour être élevés chez les personnes atteintes de diabète.

L'équipe a trouvé des augmentations correspondantes du TNF-alpha chez les souris diabétiques. D'autres essais ont montré que ces niveaux élevés de l'expression bloquée par la molécule de certaines protéines de signalisation de Hérisson.

Cependant, les chercheurs ont mis en évidence que le blocage total de tout le TNF-alpha pourrait entraîner de graves conséquences, car la molécule joue un rôle clé dans tant d'autres processus biologiques.

Ici, nous avons conçu une stratégie réalisable pour inverser une pathologie spécifique des tissus - l'incapacité de guérir efficacement les fractures squelettiques - dans une maladie métabolique complexe comme le diabète, grâce à l'application locale d'un composé pour stimuler l'activité des cellules souches adultes. Nous prévoyons que les thérapies moléculaires à médiation par hedgehog qui visent directement les cellules souches chez les patients humains pourraient être thérapeutiques ".

Prof. Michael T. Longaker

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