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Le plasma FIB-SEM, un nouvel outil pour l’étude des tissus osseux à la nanoéchelle

publié le , mis à jour le

Visualiser les tissus osseux à la nanoéchelle pourrait permettre de mieux comprendre les pathologies telles que l’ostéoporose ou l’arthrose. C’est en effet à cette échelle que s’opèrent les mécanismes les plus fondamentaux qui déterminent les propriétés mécaniques des os (élasticité, fragilité, ténacité) et l’homéostasie du calcium nécessaire pour de nombreux processus physiologiques.

Grace à l’effort conjoint d’un consortium Franco-Canadien impliquant le LIPHY et le département des Sciences et Matériaux de l’Université de McMaster, nous disposons aujourd’hui d’un nouvel outil de pointe pour visualiser le tissu osseux avec une résolution de quelques dizaines de nanomètres. L’imagerie FIB-SEM (microscopie électronique à balayage couplé à un faisceau d’ions focalisés) est une technique récente issue de la science des matériaux qui permet d’abraser de fines couches nanométriques et d’imager séquentiellement avec un contraste chimique une région d’intérêt. L’utilisation des dernières générations d’instruments utilisant une source à plasma Xenon permet d’accélérer considérablement le processus et d’imager des volumes d’échantillons beaucoup plus larges que jusqu’alors (env. 100 µm de largeur). Ceci permet d’obtenir une très haute précision structurale sur des champs de vue pertinents biologiquement, par exemple, des unités de remodelage osseux.

À l’aide de cette technique, Dakota Binkley, doctorante en cotutelle entre l’Université Grenoble Alpes et l’Université de McMaster (Ontario, Canada), a pu mettre en évidence l’existence de clusters minéraux microscopiques inconnus jusqu’alors. Le gradient de minéralisation au sein de ce cluster témoigne d’une activité de biominéralisation à des échelles beaucoup plus fines que supposée à ce jour. Ceci pourrait notamment permettre une capacité d’échange calcique considérablement plus importante qu’initialement postulée. Cette découverte nous amène à reconsidérer les mécanismes impliqués dans les maladies osseuses ainsi que l’effet des agents thérapeutiques actuellement sur le marché.

Contact : Aurélien Gourrier / Kathryn Grandfield
En savoir plus :
Ellipsoidal mesoscale mineralization pattern in human cortical bone revealed in 3D by plasma focused ion beam serial sectioning, Journal of Structural Biology Nov. 2020
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02967367 (open source)
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S104784772030188X