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Les calculs rénaux analysés par spectromicroscopie STEM-EELS dévoilent leurs similitudes avec d’autres biominéraux


Les études épidémiologiques montrent une nette progression des lithiases rénales dans la plupart des pays occidentaux, induite par les modifications des habitudes alimentaires et du mode de vie. Près de 20% de la population sera ainsi touchée par cette pathologie au cours de sa vie. La majorité des calculs rénaux, dits idiopathiques, se développent à partir de dépôts préexistants de phosphate de calcium – les plaques de Randall – dont la formation reste encore très méconnue.

Des chercheurs du LPS et du LCPMC, en collaboration avec des médecins de l’Hôpital Tenon, ont analysé des échantillons de rein humain pour déterminer la localisation et la composition des calcifications de taille nanométrique qui correspondent aux toutes premières étapes de la formation des plaques de Randall. La caractérisation de tels objets au sein du tissu rénal reste un véritable défi par leur petite taille. Les échantillons ont été analysés par spectroscopie de perte d’énergie des électrons (EELS) dans un microscope STEM (microscope électronique à transmission et à balayage). La morphologie et la composition chimique ainsi que l’interface entre la phase organique et minérale ont été déterminées à l’échelle du nanomètre pour une collection importante d’objets. Ces résultats montrent que plusieurs types de nano-calcifications coexistent. Malgré certaines spécificités, les objets détectés présentent des similitudes frappantes avec ceux observés au cours de la formation de biominéraux physiologiques tels l’os ou pathologiques comme les calcifications associées à certaines maladies cardiovasculaires. Par exemple une fraction importante des calcifications est constituée de phosphate de calcium avec un coeur de carbonate et est entourée de matériel organique (voir figure). Ces similitudes suggèrent des mécanismes communs entre ces différents systèmes.

La stratégie utilisée dans ce travail est d’un grand intérêt car elle constitue un outil pour l’exploration systématique des biominéraux pathologiques. En effet, les données quantitatives font défaut pour ces systèmes et leur complexité rend difficile de concevoir des modèles pour expliquer leur formation. Notre étude démontre que la spectromicroscopie STEM-EELS fournit des données quantitatives permettant une comparaison fiable avec d’autres biominéraux plus étudiés et mieux compris.

Figure : Cartes chimiques obtenues à partir des données EELS sur une nano-calcification rénale (échelle = 20 nm) montrant les distributions spatiales de phosphate, calcium, carbonate et de composés organiques. Ces deux dernières cartes sont obtenues à partir de l’analyse de la structure fine du seuil du carbone. L’image composite en couleur (obtenue à partir des cartes individuelles, carbonate = rouge et composés organiques = vert) montre qu’un cœur de carbonate est présent au centre de la calcification et qu’elle est entourée de matériel organique.

Référence

Nanoscale Analysis of Randall’s Plaques by Electron Energy Loss Spectromicroscopy : Insight in Early Biomineral Formation in Human Kidney
Clément Gay, Emmanuel Letavernier, Marie-Christine Verpont, Michael Walls, Dominique Bazin, Michel Daudon, Nadine Nassif, Odile Stephan, Marta de Frutos
ACS Nano 14, 2, 1823-36 (2020)
doi:10.1021/acsnano.9b07664

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Marta de Frutos