L’arthrose, qui conduit à la destruction du cartilage articulaire, représente un véritable problème de santé publique dans les pays développés. « En France, l’arthrose touche 9 à 10 millions de personnes, soit 17 % de la population. Entre 1993 et 2003, le nombre de personnes atteintes a augmenté de 54 %. Seconde cause d’invalidité, elle est un véritable handicap pour de nombreux patients. Coût estimé : 3 milliards d’euros par an », selon l’Alliance Nationale Contre l’Arthrose (stop-arthrose.org).
L’Institut Weizmann des Sciences a fait une avancée extraordinaire pour résoudre le problème de l’arthrose grâce aux travaux de ses chercheurs et à la start-up Liposphere nommée en 2020 «l’une des 44 entreprises les plus prometteuses issues des milieux universitaires dans le monde » Nature. Esther Amar, fondatrice et directrice de Israël Science Info souligne « l’importance capitale de cette innovation ».
Le cartilage qui protège nos articulations est un merveilleux système qui absorbe les chocs et lubrifie les articulations, permettant aux os de glisser facilement les uns contre les autres. Il résiste à une forte pression et subit un état de friction constante, décennie après décennie, mais il s’use à peine. Inspirés par la composition du cartilage, les chercheurs de Weizmann ont créé de nouveaux types d’hydrogels qui réduisent le frottement des dizaines de fois mieux que les hydrogels existants, ouvrant ainsi la voie à une variété de nouvelles applications biomédicales. Ces nouveaux gels ont été jusqu’à 100 fois meilleurs pour réduire le frottement et l’usure que les hydrogels actuels.
Depuis deux décennies, l’équipe du Prof. Jacob Klein, du département de chimie moléculaire et de science des matériaux à Weizmann cherche à comprendre les propriétés lubrifiantes de la couche la plus externe de cartilage de nos articulations, ce qui le rend si résistant et efficace, et comment atténuer les effets de son usure, par exemple, dans le cas de l’arthrose. Cette couche a un coefficient de frottement plus faible que n’importe quel matériau synthétique. Ils ont découvert que les effets lubrifiants sont basés sur les lipides, les mêmes molécules grasses qui composent les cellules et les autres membranes du corps.
Prof Jacob Klein
Ces molécules ont une tête et une queue : la queue est hydrophobe (déteste l’eau), et la tête est hydrophile (aime l’eau). Lorsque ces molécules sont positionnées du côté qui aime l’eau, la surface du cartilage s’hydrate. Les propriétés chimiques et électriques de cette couche la lient étroitement à la surface du cartilage, ce qui la rend résistante à la pression tout en la maintenant bien lubrifiée avec une fine couche de fluide réduisant le frottement qui permet aux os à nos articulations de glisser, pivoter et pivoter pendant des années.
La nouvelle étude, le Pr Jacob Klein et le Dr Ronit Goldberg, ancien doctorante de son groupe, avec le chercheur Dr. Weifeng Lin, stagiaire postdoctorant Dr. Monika Kluzek et le scientifique principal Dr. Nir Kampf, avec le Dr. Eyal Shimoni, du département de soutien à la recherche chimique, présente de nouveaux hydrogels inspirés de cette couche lubrifiante à la surface du cartilage. Ils ont inséré des «microréservoirs» de divers lipides dans les gels. Ces lipides sont libérés lorsqu’il y a frottement agissant sur la surface du gel.
(l-r) Dr. Weifeng Lin, Prof. Jacob Klein, Dr. Ronit Goldberg, Dr. Nir Kampf, Dr. Monika Kluzek and Dr. Eyal Shimoni
«Dans les systèmes vivants, des molécules comme les lipides complexes sont créées dans les cellules, et elles sont stockées ou exportées dans de minuscules vésicules, ou liposomes. Nous avons utilisé cette idée dans nos hydrogels synthétiques pour créer des réservoirs microscopiques de lipides répartis dans tout le gel », explique Jacob Klein. «Alors que le frottement et l’usure décollent un peu de la surface du gel (plus de microns à la fois) de nouveaux lubrifiants lipidiques sont exposés. De cette façon, la lubrification en surface est continuellement renouvelée. »
Cela pourrait également conduire au développement d’articulations artificielles capables de mieux résister à l’usure, de sorte que les articulations de remplacement durent plus longtemps et causent moins de problèmes que celles placées aujourd’hui. Pour faire avancer ces différentes applications, la start-up Liposphere a été créée en 2019 sous licence de Yeda R&D, branche de transfert de technologies de Weizmann. Ses fondatrices sont les Drs. Ronit Goldberg, PDG et Sabrina Jahn, ancienne postdoctorante du Pr Klein.