Déclaration d’importance Les lombalgies font partie des principales causes d’invalidité et sont souvent liées à la dégénérescence des disques intervertébraux. Le diabète de type 2 est un facteur de risque indépendant de lombalgie, de dégénérescence discale et de lésions des tissus discaux, mais les mécanismes sous-jacents restent mal compris. Nous montrons ici que la charge compressive de l’ensemble du disque intervertébral est adaptée par des mécanismes de déformation à l’échelle nanométrique des fibrilles de collagène, qui sont compromis par la fragilisation du collagène dans le diabète de type 2. Ces résultats fournissent de nouvelles informations sur les mécanismes potentiels qui sont à l’origine des lésions tissulaires discales liées au diabète et pourraient éclairer le développement de stratégies préventives et thérapeutiques pour cette maladie débilitante. |
Figure : La structure hiérarchique du disque intervertébral (environ 45 à 55 mm de diamètre dans la colonne lombaire humaine et 2,5 à 5 mm dans la colonne coccygienne du rat) est composée de l’anneau fibreux externe renforcé par des fibres et du noyau pulpeux interne gélatineux. Les fibres de collagène de type 1 qui renforcent l’anneau fibreux ont un diamètre typique d’environ μ et sont formées de nombreuses fibrilles de collagène d’un diamètre de l’ordre de 100 nm. Les fibrilles contiennent des hélices alpha de collagène, dont chacune mesure environ 1,6 nm de diamètre.
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Le diabète de type 2 modifie le comportement des disques de la colonne vertébrale, les rendant plus rigides et provoquant également un changement de forme des disques plus tôt que la normale. En conséquence, la capacité du disque à résister à la pression est compromise. C’est l’une des conclusions d’une nouvelle étude chez les rongeurs menée par une équipe d’ingénieurs et de médecins de l’Université de Californie à San Diego, de l’UC Davis, de l’UCSF et de l’Université de l’Utah.
Les lombalgies sont une cause majeure d’invalidité, souvent associées à la dégénérescence des disques intervertébraux. Les personnes atteintes de diabète de type 2 sont confrontées à un risque accru de douleurs lombaires et de problèmes liés aux disques. Cependant, les mécanismes précis de la dégénérescence discale restent flous.
L’étude des propriétés biomécaniques du disque intervertébral est cruciale pour comprendre la maladie et développer des stratégies efficaces pour contrôler les lombalgies. L’équipe de recherche était codirigée par Claire Acevedo, membre du corps professoral du Département de génie mécanique et aérospatial de l’Université de Californie à San Diego, et Aaron Fields, professeur au Département de chirurgie orthopédique de l’UC San Francisco.
"Ces résultats fournissent de nouvelles informations sur les mécanismes potentiels sous-jacents aux lésions discales liées au diabète et pourraient éclairer le développement de stratégies préventives et thérapeutiques pour cette maladie débilitante", écrivent les chercheurs.
L’étude souligne que les mécanismes de déformation à l’échelle nanométrique des fibrilles de collagène s’adaptent à la charge de compression du disque intervertébral. Dans le contexte du diabète de type 2, ces mécanismes sont compromis, conduisant à une fragilisation du collagène . Ces résultats fournissent de nouvelles informations sur les mécanismes potentiels sous-jacents aux lésions discales liées au diabète et pourraient éclairer le développement de stratégies préventives et thérapeutiques pour cette maladie débilitante.
Les chercheurs ont utilisé la diffusion synchrotron des rayons X aux petits angles (SAXS), une technique expérimentale qui analyse la déformation et l’orientation des fibrilles de collagène à l’échelle nanométrique. Ils voulaient explorer comment les altérations du comportement du collagène contribuent aux changements dans la capacité du disque à résister à la compression.
Ils ont comparé les disques de rats en bonne santé avec ceux de rats atteints de diabète de type 2 (modèle de rat UC Davis). Des rats en bonne santé ont démontré que les fibrilles de collagène tournent et s’étirent lorsque les disques sont comprimés, permettant ainsi au disque de dissiper efficacement l’énergie.
"Chez les rats diabétiques, la façon dont les disques vertébraux dissipent l’énergie sous compression est significativement affectée : le diabète réduit la rotation et l’étirement des fibrilles de collagène, ce qui indique une capacité compromise à gérer la pression", écrivent-ils. les chercheurs.
Une analyse plus détaillée a montré que les disques de rats diabétiques présentaient un durcissement des fibrilles de collagène, avec une concentration plus élevée de liaisons croisées non enzymatiques. Cette augmentation de la réticulation du collagène, induite par l’hyperglycémie, limite les déformations plastiques dues au glissement fibrillaire. Ces résultats mettent en évidence que la réorientation, le redressement, l’étirement et le glissement des fibrilles sont des mécanismes cruciaux qui facilitent la compression de l’ensemble du disque. Le diabète de type 2 perturbe ces mécanismes de déformation efficaces, entraînant une altération de la biomécanique de l’ensemble du disque et un comportement plus fragile (à faible consommation d’énergie).
L’équipe a publié ses résultats dans PNAS Nexus . Cette recherche a été soutenue par l’UCSF Research Allocation Committee (AJF), le UCSF Core Center for Musculoskeletal Biology and Medicine (AJF), le bureau du président de l’Université de Californie (PJH), les instituts des organisations nationales de santé (R01 DK095980, R01 HL107256, R01 HL121324, P30 AR066262, R01 AR070198), l’Université de l’Utah (JLR) et Advanced Light Source (ALS07392 ; TNA, CA).
