Une imagerie innovante révèle l’impact du vieillissement et des maladies sur les os
L’ostéoporose(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) est une maladie qui se caractérise par une fragilisation des os à mesure que leur structure interne se dégrade, augmentant ainsi le risque de fracture, même à la suite d’une chute mineure ou de mouvements du quotidien. «Bien que souvent associée au vieillissement et aux changements hormonaux, l’ostéoporose peut également résulter d’une inflammation chronique, qui perturbe l’équilibre entre formation et résorption osseuses, entraînant une perte osseuse accélérée», explique Georg Schett, coordinateur du projet 4-D nanoSCOPE(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), financé par le Conseil européen de la recherche(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). Cette forme d’ostéoporose liée à l’inflammation concerne particulièrement les patients atteints de maladies inflammatoires chroniques ou de maladies auto-immunes(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), mais elle demeure trop souvent sous-diagnostiquée, une situation que le projet 4-D nanoSCOPE entendait précisément corriger. Le projet visait à approfondir les connaissances sur la manière dont l’inflammation altère la structure osseuse à différentes échelles spatiales et au fil du temps, ainsi que sur la façon dont ces modifications structurelles réduisent la résistance des os. Le projet a atteint cet objectif grâce au développement d’une nouvelle génération d’outils d’imagerie et d’analyse. «Outre la caractérisation et l’analyse de la structure osseuse à différentes échelles, notre approche permet d’établir des corrélations entre les caractéristiques structurelles, les processus biologiques et les propriétés mécaniques, offrant ainsi de nouvelles perspectives sur la résistance osseuse et l’influence des maladies et des traitements», souligne Georg Schett de l’hôpital universitaire d’Erlangen(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), établissement hôte du projet.
Développer un flux de travail d’imagerie intégré
Avant 4-D nanoSCOPE, les méthodes d’imagerie osseuse étaient soit limitées en résolution, soit restreintes à certaines échelles, soit incapables de suivre de manière dynamique les évolutions dans le temps. Il n’était par conséquent pas possible d’observer le remodelage osseux de façon véritablement quadridimensionnelle, c’est-à-dire dans trois dimensions spatiales et dans le temps, en particulier dans des conditions biologiques réalistes. 4-D nanoSCOPE a développé une solution combinant la nanoscopie à rayons X(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), des approches d’imagerie complémentaires et l’analyse de données fondée sur l’IA, le tout intégré dans un flux de travail unifié. Une fois préparés, les échantillons osseux sont imagés en 3D par microscopie à rayons X puis analysés quantitativement à l’aide d’outils d’intelligence artificielle. Ces outils identifient les microstructures et en quantifient les propriétés afin de suivre leur évolution dans le temps. Contrairement aux approches conventionnelles reposant sur de grandes infrastructures, ce système fonctionne dans des environnements de laboratoire standards, ouvrant ainsi l’accès à l’imagerie haute résolution. Parmi les autres avancées techniques figurent un détecteur ultrasensible à haute vitesse permettant une acquisition rapide des images tout en limitant l’exposition aux rayonnements, ainsi que des protocoles d’imagerie et de positionnement garantissant la reproductibilité des analyses d’échantillons.
Soutenir les priorités de l’UE en matière de santé et d’innovation numérique
Le projet a mené une série d’études expérimentales et d’analyses computationnelles. «Nos résultats révèlent qu’il est désormais possible d’étudier l’os de manière plus intégrée, plus quantitative et avec une résolution temporelle bien supérieure à ce qui était possible auparavant. Et surtout, nous avons pu comparer différentes causes de perte osseuse, notamment l’inflammation, le vieillissement et les changements hormonaux», explique Georg Schett. En améliorant les capacités de diagnostic, 4-D nanoSCOPE ouvre la voie à des stratégies préventives et des traitements plus ciblés, contribuant ainsi à améliorer la qualité de vie des patients tout en renforçant la viabilité des systèmes de santé. Les prochaines étapes porteront sur le développement et l’application élargie des technologies et méthodes du projet. «Notre objectif est de nous rapprocher d’une utilisation clinique, notamment en intégrant nos approches dans des travaux de recherche dédiés au diagnostic, au suivi thérapeutique et au développement de nouveaux traitements», ajoute Georg Schett. Parallèlement, les flux de travail et les jeux de données du projet seront partagés avec la communauté scientifique afin de faciliter les études de suivi et d’élargir les applications possibles, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives de collaboration interdisciplinaire dans des domaines tels que la recherche musculo-squelettique, la science des matériaux et l’ingénierie biomédicale.
