Une nouvelle recherche démontre l’efficacité d’un composé modifié pour prévenir la perte osseuse chez les souris voyageant dans l’espace. Cette avancée pourrait constituer une solution pour les astronautes et les patients atteints d’ostéoporose ici sur Terre. Une nouvelle étude publiée aujourd'hui (18 septembre) dans la revue partenaire Nature npj Microgravity a révélé que l'administration d'un composé artificiel à des souris à bord de la Station spatiale internationale (ISS) empêchait en grande partie la perte osseuse liée à l'espace-temps.
L'étude, dirigée par une équipe interdisciplinaire de professeurs de l'Université de Californie à Los Angeles (UCLA) et du Forsyth Institute de Cambridge, Massachusetts, met en évidence une thérapie prometteuse pour atténuer la perte osseuse extrême causée par les voyages spatiaux à long terme et la dégénérescence musculo-squelettique sur Terre.
La perte osseuse induite par la microgravité constitue depuis longtemps un problème important lors des missions spatiales de longue durée. La charge mécanique réduite provoquée par la microgravité entraîne une perte osseuse 12 fois plus élevée que sur Terre. Les astronautes en orbite terrestre basse peuvent subir des taux de perte osseuse allant jusqu'à 1 % par mois, ce qui compromettrait la santé osseuse des astronautes et augmenterait leur risque de fractures lors de vols spatiaux de longue durée et plus tard dans la vie.
Les stratégies actuelles visant à atténuer la perte osseuse reposent sur une charge mécanique induite par l'exercice pour favoriser la formation osseuse, mais cette stratégie est loin d'être parfaite pour les équipages exposés à la microgravité pendant une durée allant jusqu'à six mois. L'exercice n'empêche pas toujours la perte osseuse, prend un temps précieux de la part des occupants et peut constituer une contre-indication à certains types de blessures.
La nouvelle étude a examiné si l'administration systémique de la molécule 1 de type NELL (NELL-1) pouvait réduire la perte osseuse induite par la microgravité. L'étude a été dirigée par Chia Soo, MD, présidente associée du département de chirurgie plastique et professeur de chirurgie et de chirurgie orthopédique à la faculté de médecine David Geffen de l'UCLA. NELL-1, découvert par Kang Ting, MD, de l'Institut Forsyth, est essentiel au développement osseux et au maintien de la densité osseuse. Le professeur Ding a également dirigé plusieurs études montrant que l'administration locale de NELL-1 peut régénérer les tissus musculo-squelettiques tels que les os et le cartilage.
La livraison systémique de NELL-1 sur la Station spatiale internationale a obligé l’équipe de recherche à minimiser le nombre d’injections. Ben Wu, Ph.D., et Yulong Zhang, Ph.D., de l'Institut Forsyth, ont amélioré le potentiel thérapeutique de NELL-1 en prolongeant la demi-vie de la molécule NELL-1 de 5,5 heures à 15,5 heures sans perte d'activité biologique, et ont créé une molécule BP-NELL-PEG « intelligente » en bioconjuguant un bisphosphonate inerte (BP) qui peut cibler plus spécifiquement le tissu osseux sans les effets nocifs courants de la BP.
Les équipes Soo et Ting ont ensuite mené une évaluation approfondie de la molécule améliorée pour déterminer l'efficacité et la sécurité du BP-NELL-PEG sur Terre. Ils ont découvert que le BP-NELL-PEG possède une excellente spécificité pour le tissu osseux sans provoquer d’effets indésirables évidents.
Afin de déterminer le caractère pratique du BP-NELL-PEG dans des conditions spatiales réelles, les chercheurs ont travaillé avec le Center for the Advancement of Space Science (CASIS) et la branche Ames de la National Aeronautics and Space Administration (NASA) pour effectuer des préparatifs approfondis pour l'espace. La moitié des souris de l'ISS ont été exposées à un environnement de microgravité («vol TERM») pendant neuf semaines maximum pour simuler les défis d'un voyage spatial de longue durée, tandis que les souris restantes ont été ramenées sur Terre 4,5 semaines après le lancement dans le premier retour d'une souris vivante dans l'histoire des États-Unis (« vol LAR »). Le groupe TERM et le groupe de vol LAR ont reçu un traitement avec BP-NELL-PEG ou un groupe témoin de solution saline tamponnée au phosphate (PBS). Un nombre égal de souris restent au Centre spatial Kennedy en tant que groupe témoin normal de la gravité terrestre (« sol ») et sont également traitées avec BP-NELL-PEG ou PBS.
La formation osseuse était significativement augmentée chez les souris volantes et terrestres traitées avec BP-NELL-PEG. Les souris traitées dans l’espace et sur Terre n’ont présenté aucun effet néfaste apparent sur leur santé.
"Nos résultats sont très prometteurs pour l'exploration spatiale future, en particulier pour les missions impliquant des séjours de longue durée dans des environnements de microgravité", a déclaré l'auteur correspondant principal Chia Soo. "Si des études humaines le confirment, BP-NELL-PEG sera un outil efficace dans la lutte contre la perte osseuse et la dégénérescence musculo-squelettique, en particulier dans les situations où l'entraînement en résistance traditionnel est impossible en raison d'une blessure ou d'autres facteurs invalidants."
"Cette stratégie de bio-ingénierie pourrait également avoir des avantages importants ici sur Terre, en fournissant une thérapie potentielle pour les patients souffrant d'ostéoporose extrême et d'autres maladies osseuses", a déclaré Ben Wu, co-chercheur principal.
"La prochaine étape, Pin Ha, MD, PhD, MS, scientifique du projet UCLA, supervisera l'analyse des données de retour d'animaux vivants. Nous espérons que cela éclairera la manière d'aider les futurs astronautes à se remettre de missions spatiales plus longues."