Une "nouvelle voie" par laquelle la vitamine D répare les os : le récepteur immunitaire TLR10 ouvre des possibilités pour la médecine régénérative osseuse

Les os fracturés, lorsqu'ils sont placés dans un environnement approprié avec des fixations ou une chirurgie, se réparent souvent d'eux-mêmes. Cependant, il faut plusieurs semaines à plusieurs mois pour que l'os retrouve une force suffisante. Chez les personnes âgées, les patients souffrant d'ostéoporose, ceux ayant perdu une grande quantité d'os, ou ceux avec des problèmes tels que le diabète ou des troubles de la circulation sanguine, la réparation peut ne pas progresser comme prévu.

Peut-on accélérer la guérison des os en utilisant la capacité de régénération naturelle du corps ? C'est la question à laquelle une équipe de recherche, dirigée par l'Université des sciences appliquées IMC Krems en Autriche, a apporté de nouveaux indices.

Les chercheurs ne se sont pas seulement concentrés sur la vitamine D elle-même. Ils ont mis en évidence la possibilité que le récepteur "TLR10", connu comme une partie du système immunitaire, collabore avec la vitamine D pour guider les cellules souches vers la formation osseuse.

Ce qui rend cette découverte intéressante, c'est qu'elle tente d'expliquer l'action de la vitamine D, connue comme un nutriment essentiel au métabolisme osseux, à travers une voie moléculaire spécifique reliant le système immunitaire et la régénération osseuse.

Les "candidats" à la formation osseuse

Au cœur de cette recherche se trouvent les cellules appelées cellules souches mésenchymateuses.

Le terme "cellules souches" peut évoquer l'idée de cellules omnipotentes capables de se transformer en n'importe quel type de cellule. Cependant, les cellules souches mésenchymateuses peuvent principalement se différencier en cellules qui composent les tissus osseux, cartilagineux et adipeux, agissant en quelque sorte comme des réparateurs du corps.

Lorsqu'une fracture se produit, le site endommagé subit des saignements et une inflammation. Ensuite, les cellules impliquées dans la réparation se rassemblent, formant un tissu mou qui est progressivement remplacé par de l'os dur. Finalement, les parties excédentaires sont éliminées et la forme et la force de l'os sont reconstruites.

Les cellules souches mésenchymateuses mûrissent en ostéoblastes, les cellules formatrices d'os, au cours de ce processus. Cependant, toutes les cellules ne se transforment pas automatiquement en os. Plusieurs conditions doivent être réunies, telles que des signaux chimiques envoyés par l'environnement, l'état inflammatoire, la matrice extracellulaire et l'environnement nutritionnel.

L'équipe de recherche a émis l'hypothèse que l'un des signaux clés déterminant cette voie pourrait être TLR10.

TLR10, initialement connu comme un récepteur immunitaire

Les TLR, ou "récepteurs de type Toll", sont un groupe de protéines qui reconnaissent les structures caractéristiques provenant de bactéries et de virus, jouant un rôle dans l'activation de l'immunité innée.

Les humains possèdent plusieurs TLR, et des recherches relativement détaillées ont été menées sur TLR2 et TLR4 concernant la défense contre les infections et l'inflammation. En revanche, TLR10, bien qu'appartenant à la même famille, était un récepteur dont les fonctions restaient largement inconnues.

Des études antérieures ont suggéré que TLR10 pourrait agir pour réduire l'inflammation excessive. La présente recherche a montré que TLR10 pourrait être impliqué non seulement dans la régulation des réponses immunitaires, mais aussi dans le processus de guidage des cellules vers la formation osseuse.

L'inflammation est nécessaire à la guérison des fractures, mais si elle est trop forte ou prolongée, elle peut entraver la régénération normale. Le système immunitaire et la formation osseuse ne fonctionnent pas indépendamment, mais avancent en ajustant leurs timings respectifs.

TLR10 pourrait être l'un des médiateurs reliant ces deux processus.

Comparaison entre cellules avec augmentation et réduction de TLR10

L'équipe de recherche a utilisé des lignées de cellules souches mésenchymateuses dérivées de tissus adipeux humains.

Ils ont créé des cellules exprimant TLR10 à des niveaux plus élevés que la normale par manipulation génétique, et d'autres avec une expression réduite de TLR10. Ces cellules ont été placées dans un environnement de culture favorable à la différenciation osseuse, et les changements ont été suivis sur 14 jours.

Les chercheurs n'ont pas seulement observé l'apparence des cellules.

Ils ont mesuré des gènes liés au collagène impliqués dans les premières étapes de la formation osseuse, la phosphatase alcaline importante pour la maturation de la matrice osseuse, l'ostéocalcine comme indicateur des ostéoblastes matures, et ont utilisé des méthodes de coloration pour évaluer l'accumulation de calcium dans la matrice produite par les cellules, ainsi qu'une analyse protéomique exhaustive.

Les résultats ont montré que dans les cellules exprimant fortement TLR10, l'activité des gènes liés à la formation osseuse était renforcée, la formation et la maturation de la matrice extracellulaire étaient accélérées, et la calcification contenant du calcium était favorisée.

En revanche, dans les cellules avec une expression réduite de TLR10, les cellules avaient tendance à rester au stade de prolifération et avaient du mal à mûrir en ostéoblastes pleinement fonctionnels. Les indicateurs liés à la formation osseuse ont diminué et le dépôt de calcium était plus faible.

Ainsi, TLR10 n'est pas simplement un marqueur qui augmente avec la formation osseuse, mais pourrait soutenir le passage des cellules du stade de prolifération à celui de cellules matures formant des os.

La vitamine D a augmenté l'expression de TLR10

Ensuite, l'équipe de recherche a examiné la relation avec la vitamine D.

Ce que l'on appelle généralement "vitamine D" comprend plusieurs formes qui sont progressivement converties dans le corps. La vitamine D3, présente dans les aliments et les suppléments, n'exerce pas tous ses effets dans son état initial. Elle est métabolisée dans le foie et les reins pour devenir finalement le calcitriol actif, qui intervient dans la régulation génétique via le récepteur de la vitamine D.

Le calcitriol, cette forme active de la vitamine D, a été utilisé dans les expériences cellulaires.

Lorsque les cellules ont été traitées avec du calcitriol, l'expression de TLR10 a augmenté. De plus, même dans les cellules où TLR10 était inhibé, l'ajout de calcitriol a partiellement restauré l'activité des gènes liés à la formation osseuse et la calcification qui avaient diminué.

Ces résultats suggèrent que la vitamine D pourrait utiliser TLR10 comme l'une des voies pour soutenir la formation osseuse.

Cependant, le fait que le calcitriol ait montré une récupération partielle même en l'absence de TLR10 indique que l'action de la vitamine D ne peut pas être entièrement expliquée par TLR10. Bien que TLR10 soit un collaborateur important, il ne semble pas être le seul interrupteur.

La formation osseuse n'est pas un mécanisme simple où une seule molécule détermine l'activation ou la désactivation. Il a été suggéré que TLR10 et la vitamine D coopèrent dans un réseau impliquant des réactions immunitaires, le métabolisme, les hormones et l'environnement extracellulaire.

Ce n'est pas une étude disant "Prenez de la vitamine D pour guérir plus vite une fracture"

En voyant cette nouvelle, certains pourraient penser qu'il suffit de prendre plus de suppléments de vitamine D pour guérir plus rapidement d'une fracture.

Cependant, cette interprétation exagère considérablement les résultats de la recherche.

L'expérience n'était pas un essai clinique mené sur le corps humain, mais une étude utilisant des cellules en culture. Il n'a pas été confirmé que le traitement des patients fracturés avec de la vitamine D ou en ciblant TLR10 réduisait effectivement la durée de guérison.

De plus, le calcitriol utilisé dans l'expérience est une forme active de vitamine D, ce qui n'est pas la même chose que de consommer des suppléments de vitamine D disponibles dans le commerce. Le calcitriol influence fortement la concentration de calcium dans le corps, nécessitant une gestion prudente en milieu médical.

Une revue systématique des études menées sur des patients fracturés a également évalué que les preuves de l'amélioration du taux de guérison des fractures ou de la récupération fonctionnelle par la supplémentation en vitamine D seule sont limitées jusqu'à présent. Bien que certaines études aient montré des effets, il existe des variations dans la qualité des études, les sujets et les doses administrées.

Corriger un état de carence en vitamine D chez les patients qui en manquent est une chose, mais essayer d'accélérer la guérison en prenant de fortes doses alors que l'on en a déjà suffisamment est un tout autre problème.

En particulier, une surconsommation de suppléments peut entraîner une hypercalcémie, des nausées, une faiblesse musculaire, des calculs rénaux et une insuffisance rénale. On ne devrait pas augmenter la dose simplement parce que l'on pense que c'est bon pour les os.

La vraie valeur de cette découverte réside dans les cibles thérapeutiques, pas dans les "suppléments"

La véritable valeur de cette recherche ne réside pas dans le fait d'avoir donné un nouvel argument publicitaire aux produits à base de vitamine D.

Ce qui est plus important, c'est que la possibilité d'induire la maturation des cellules nécessaires à la formation osseuse en régulant la molécule TLR10 est devenue apparente.

À l'avenir, si des substances capables de renforcer en toute sécurité l'action de TLR10 sont découvertes, elles pourraient être utilisées pour des traitements administrés localement sur les sites de fracture, des thérapies cellulaires pour régénérer l'os, ou en combinaison avec des os artificiels et des matériaux de support pour la médecine régénérative.

Par exemple, les grands défauts osseux, les fractures difficiles à guérir, les fractures de fragilité liées à l'ostéoporose, et la formation osseuse autour des implants dentaires sont des domaines où des techniques de régénération osseuse plus efficaces sont nécessaires.

Plutôt que d'administrer de grandes quantités de vitamine D dans tout le corps, il pourrait être possible de stimuler les voies incluant TLR10 de manière limitée à l'endroit et au moment nécessaires, favorisant ainsi la formation osseuse tout en minimisant les effets secondaires.

Cependant, pour y parvenir, de nombreuses étapes doivent être franchies.

Il est d'abord nécessaire de vérifier si le même phénomène se reproduit avec d'autres lignées cellulaires ou des cellules prélevées chez des patients. Ensuite, il faut tester si la guérison est effectivement accélérée dans des modèles de fracture animale et si l'os formé possède une résistance suffisante.

Il ne suffit pas d'augmenter la masse osseuse. Il est également nécessaire d'évaluer les risques de calcification excessive ou de formation de tissu osseux dans des endroits où il ne devrait pas y en avoir, comme dans l'ossification ectopique. Étant donné que la manipulation des récepteurs immunitaires est impliquée, l'impact sur la défense contre les infections et les réponses inflammatoires doit également être soigneusement vérifié.

Ce n'est qu'après cela que l'on pourra passer à des essais de sécurité sur un petit nombre de personnes, suivis d'essais comparatifs d'efficacité sur des patients.

Cette recherche n'est pas l'aboutissement d'une méthode de traitement, mais une étape ajoutant une carte moléculaire au point de départ.

L'ostéo-immunologie : considérer les os et l'immunité comme un tout

Cette recherche est également liée au concept d'ostéo-immunologie, qui a attiré l'attention ces dernières années.

Les os ne sont pas simplement des structures dures qui soutiennent le corps. À l'intérieur, les ostéoblastes qui forment les os et les ostéoclastes qui détruisent les os anciens travaillent constamment pour renouveler le tissu. La moelle osseuse produit également de nombreuses cellules immunitaires et sanguines.

D'autre part, les substances inflammatoires libérées par les cellules immunitaires influencent la formation et la résorption osseuses. Une inflammation dans des limites appropriées aide à nettoyer et à réparer les zones endommagées, mais si elle persiste de manière chronique, elle peut entraîner une perte osseuse.

TLR10 est apparu comme une molécule située à la frontière entre l'immunité et l'os.

Les récepteurs immunitaires ne se contentent pas de surveiller les envahisseurs, ils pourraient également participer à la décision de la manière de réparer les tissus endommagés. Ainsi, le traitement des fractures ne devrait pas seulement stimuler les cellules osseuses, mais contrôler les étapes de l'inflammation, de la résolution de l'inflammation et de la transformation des cellules souches en os comme un flux continu.

La combinaison de TLR10 et de la vitamine D pourrait devenir une nouvelle fenêtre pour comprendre ce flux complexe.

Sur les réseaux sociaux, surprise et espoir face à une "connexion inattendue"

Cette recherche a été présentée sur Instagram, LinkedIn, Facebook et d'autres plateformes par des institutions de recherche et des médias spécialisés dans les domaines médical et dentaire.

Dans les publications sur les réseaux sociaux accessibles au public, l'IMC Krems a présenté la recherche comme "de nouvelles connaissances sur les mécanismes biologiques qui stimulent la régénération osseuse", mettant en avant l'axe TLR10 et vitamine D avec des émoticônes représentant des os.

Les publications sur LinkedIn et Facebook par des éditeurs dans les domaines dentaire et médical ont souligné l'aspect inattendu selon lequel "les récepteurs immunitaires ne se contentent pas de reconnaître les pathogènes, mais participent également à la réparation et à la guérison". La formation osseuse est liée non seulement à l'orthopédie, mais aussi aux implants dentaires et à la reconstruction maxillaire, ce qui en fait un