Les os maintiennent l'homéostasie squelettique en équilibrant les activités des ostéoblastes et des ostéoclastes.

Introduction

Une différence frappante entre les choses que les humains font et les choses que le reste de la nature fait est que quand quelque chose que nous faisons se casse, il ne se répare pas. Cassez un os, cependant, et il commence à guérir presque immédiatement. Cette réparation instantanée est le travail d'une équipe diversifiée de types de cellules, qui apparaissent comme des artisans royaux appelés à remodeler et à reconstruire du jour au lendemain.

A science illustration of the bone healing process.
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La stratégie

Quelques heures après une fracture osseuse, un caillot sanguin contenant des cellules immunitaires spéciales appelées phagocytes (« cellules qui mangent » en grec) se forme autour de la fracture. Les phagocytes éliminent les fragments osseux et tous les microbes indésirables qui pénètrent sur le site. Ensuite, des callosités molles se développent, constituées de collagène, le même matériau qui maintient la souplesse de votre peau. Les cellules appelées ostéocytes (qui signifie simplement « cellules osseuses ») semblent coordonner le comportement de deux autres types de cellules, les ostéoblastes (« constructeurs d'os ») et les ostéoclastes (« éliminateurs d'os »).

De longs filaments émanant du corps cellulaire de l'ostéocyte détectent mécaniquement les changements dans la structure osseuse et signalent aux ostéoblastes de commencer leur construction. Les ostéoblastes travaillent en groupes pour déposer des cristaux de calcium et de phosphate dans les cals mous de collagène, durcissant ainsi la substance en un nouveau tissu osseux. Enfin, les cellules ostéoclastes effectuent le nettoyage, en éliminant tout os indésirable autour du site de fracture jusqu'à ce que l'os réparé prenne une forme similaire à son apparence avant la blessure.

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Cellule osseuse ostéocytaire présentant des filaments étendus (canalicules), qui détectent mécaniquement les changements de stress osseux et signalent aux ostéoblastes de commencer la construction.

"L'idée d'auto-guérison a inspiré les humains à réinventer complètement les choses que nous fabriquons et la façon dont nous les fabriquons."

Le potentiel

L’idée de l’auto-guérison a inspiré les humains à réinventer complètement les choses que nous fabriquons et la façon dont nous les fabriquons. Imaginez, par exemple, des ponts qui pourraient réparer les microfractures en développement avant qu'elles ne se transforment en fissures plus grandes et finissent par sacrifier l'intégrité du pont. Les scientifiques des matériaux ont développé des modèles de béton auto-cicatrisant qui remplissent la matrice de minuscules kits de réparation prêts à libérer leur contenu pour combler les fissures en développement. Les ponts construits de cette manière seraient plus sûrs, dureraient plus longtemps et pourraient réduire les grandes quantités de matériaux utilisés pour les infrastructures.

Les robots en béton peuvent sembler peu pratiques au premier abord, mais pensez aux céramiques avancées et à leurs applications. Il pourrait également exister des alliages métalliques auto-réparateurs, incorporant peut-être des particules de soudure qui pourraient être activées par une application ciblée de lumière, de chaleur ou de courant électrique. De plus, les matériaux auto-réparateurs ne devraient pas nécessairement être utilisés pour l’intégralité d’une machine, mais pourraient être utilisés en morceaux plus petits à des points stratégiquement importants de la structure.

Et qu’en est-il de l’idée d’équipes de réparation intégrées et vivantes dans nos constructions ? Les organismes microscopiques pourraient un jour conduire non seulement à des structures auto-réparatrices, mais aussi à des structures auto-améliorées, appliquant la profonde réactivité de la nature aux lois de la physique et de la géométrie que nous devons encore apprendre nous-mêmes.

Innovations connexes

Dernière mise à jour le 1 mars 2024