Les protéines comme outils pour la réparation osseuse

Lorsque William Murphy, professeur agrégé de génie biomédical, d'orthopédie et de réadaptation à l'Université du Wisconsin-Madison travaille avec certains des outils les plus puissants en biologie, son approche consiste à développer des outils adaptés. Les structures sont similaires aux clés à douille qui sont assemblées pour tourner un écrou de trois quarts de pouce dans un espace confiné, ou pour desserrer un boulon d'un pouce avec un levier très persuasif qui a fortement rouillé.
Les outils de Murphy ne sont cependant pas des clés à douille, mais des protéines beaucoup plus flexibles que les clés à douille et environ 100 millions de fois plus petites, tandis qu'une extrémité de son outil modulaire peut se connecter à l'os. navires.
Darilis Suarez-Gonzalez et Jae Sung Lee, du laboratoire Murphy, présenteront leurs conclusions lors de la réunion de la Orthopaedic Research Society à San Francisco.
Pendant des années, les scientifiques ont été intrigués par les facteurs de croissance, à savoir les protéines qui peuvent stimuler la croissance des tissus. Cependant, ces facteurs peuvent être trop efficaces ou pas suffisamment spécifiques et provoquer un cancer plutôt qu'une croissance contrôlée.
Murphy souhaite utiliser les avantages uniques de cette approche modulaire pour soigner ou régénérer les os, les tendons et les ligaments, en particulier en cas de chirurgie de remplacement après le desserrage ou l'échec d'une articulation artificielle. En plaçant des facteurs de croissance à proximité d'un nouvel implant grâce à une stimulation temporaire de l'os, les médecins peuvent potentiellement atteindre des temps de guérison plus courts et un bon combat.
Une autre option pourrait être de rattacher les ligaments aux os à la suite de blessures sportives et de soigner de gros défauts osseux pendant la fusion vertébrale, la reconstruction faciale ou un traumatisme. Murphy travaille en collaboration avec deux professeurs associés d'orthopédie et de réadaptation à l'École de médecine et de santé publique et déclare:

"Ben Graf se concentre sur les blessures au genou dans la médecine sportive et David Goodspeed, un lieutenant-colonel de l'armée qui a vu des blessures lors d'explosions en Irak, travaille sur le type de blessure traumatique majeure que nous pensons pouvoir traiter avec cette approche."

Murphy dit que la fin fonctionnelle de la structure modulaire peut comporter un fragment de facteur de croissance, mais pas la protéine entière. Il continue:

"Souvent, vous ne voulez que les régions spécifiques qui activent les voies de signalisation, car cela peut réduire les chances de stimuler une croissance indésirable, voire un cancer."

À l’opposé, Murphy peut placer une molécule d’ancrage, qui se lie à l’os et empêche la structure modulaire de migrer loin de la plaie.
Il explique l'approche modulaire en disant que "vous pourriez être en mesure de stimuler la formation osseuse sans les effets secondaires. Nous essayons de réduire la stimulation en dehors du défaut osseux, en essayant de concevoir ces molécules pour générer spécifiquement de nouveaux os dans un défaut. et y rester. "
Murphy a mené des tests sur les animaux avec Mark Markel, professeur de médecine vétérinaire, qui ont démontré que l'os est plus dense autour de l'implant et que la fusion entre l'implant et l'os est plus durable que les dernières techniques orthopédiques modernes. De plus, les facteurs de croissance ajoutés n'ont pas été détectés ailleurs chez l'animal.

L'ingénierie de chaque section de la molécule permet de personnaliser leurs propriétés selon les besoins. Murphy dit:

"Nous pouvons prendre des structures protéiques similaires et les moduler. Si nous voulons une molécule qui se lie très fortement à la surface d'une greffe osseuse, nous pouvons le faire. Si nous en voulons une qui libère sur des délais contrôlables, nous pouvons le faire en tant que bien."

Murphy est conscient que de nombreux obstacles doivent être surmontés pour franchir une étape clé dans le passage du laboratoire à la clinique:

"Nous avons montré que cela peut fonctionner dans un grand modèle animal pertinent sur le plan clinique, mais de manière réaliste, je ne vois pas cela utilisé en clinique dans les cinq prochaines années."

L'approche de Murphy est inspirée par la biologie. Il n'essaie pas de copier avec précision la communication normale entre les cellules et les tissus en déclarant:

"Nous ne voulons pas imiter spécifiquement une structure ou une fonction particulière, mais la nature utilise divers mécanismes fondamentaux au cours du développement et de la régénération, et nous en tirons des leçons et concevons des systèmes synthétiques pour obtenir des résultats similaires. nous sommes inspirés par la nature. "

Écrit par Grace Rattue