La géologie aide à cartographier la formation de calculs rénaux de minuscule à gênante – Science

La technologie avancée du microscope et la science géologique de pointe donnent de nouvelles perspectives à un vieux mystère médical: comment se forment les calculs rénaux, pourquoi certaines personnes y sont-elles plus sensibles et peuvent-elles être évitées?

Dans un nouvel article publié dans la revue Nature Reviews Urologie, des chercheurs de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign, de la Mayo Clinic et d’autres collaborateurs ont décrit la nature géologique des calculs rénaux, décrit l’arc de leur formation, établi un nouveau schéma de classification et suggéré des interventions cliniques possibles.

«Le processus de formation de calculs rénaux fait partie du processus naturel de formation de calculs dans la nature», a déclaré le professeur de géologie de l’Illinois Bruce Fouke. «Nous réunissons la géologie, la biologie et la médecine pour cartographier tout le processus de formation des calculs rénaux, étape par étape. Avec cette feuille de route en main, des interventions cliniques et des thérapies plus efficaces et ciblées peuvent désormais être développées.

Les calculs rénaux sont un problème douloureux qui frappera un adulte sur 10 au cours de sa vie et enverra un demi-million de personnes aux États-Unis aux urgences chaque année, selon la National Kidney Foundation. Pourtant, on sait peu de choses sur la géologie derrière la formation des calculs rénaux, a déclaré Fouke.

Des travaux antérieurs du groupe de Fouke ont révélé que les calculs rénaux se forment de la même manière que les pierres géologiques dans la nature: plutôt que de se cristalliser en même temps, ils se dissolvent partiellement et se reforment plusieurs fois, contrairement à la croyance des médecins selon laquelle ils se forment soudainement et intacts.

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Dans le nouveau travail, l’équipe de recherche – réunie par la Mayo Clinic et l’Illinois Alliance for Technology-Based Healthcare – décrit en détail les multiples phases de la formation, de la dissolution et de la reformation des calculs rénaux, documentées par haute résolution. technologies d’imagerie. Les résultats défient les schémas de classification typiques utilisés par les médecins, qui sont basés sur des analyses globales du type de minéral et de l’emplacement présumé de formation dans le rein. Au lieu de cela, les chercheurs ont développé un nouveau système de classification basé sur la phase de formation dans laquelle se trouve la pierre et les processus chimiques qu’elle subit.

«Si nous pouvons identifier ces transformations de phase, ce qui fait qu’une étape passe à une autre et comment elle progresse, alors peut-être pouvons-nous intervenir dans cette progression et briser la chaîne des réactions chimiques qui se produisent à l’intérieur des tissus rénaux avant qu’une pierre ne devienne problématique», a déclaré Mayandi Sivaguru, auteur principal de l’étude et directeur adjoint des installations de base à l’Institut Carl R. Woese pour la biologie génomique de l’Illinois.

Une découverte particulièrement révélatrice était au tout début de la formation de calculs rénaux: les pierres commencent comme des microsphérules, ou de minuscules gouttelettes de minéral, qui fusionnent pour former de plus gros cristaux dans les tissus rénaux. Normalement, ils sont évacués, mais lorsqu’ils se fusionnent pour former de plus grosses pierres qui continuent de croître, ils peuvent devenir atrocement douloureux et même mortels dans certains cas, a déclaré Fouke.

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“La formation de pierres fait partie d’un processus naturel et sain dans les reins où ces minuscules dépôts minéraux sont transportés et excrétés par le corps”, a déclaré Fouke. “Mais alors il y a un point de basculement lorsque ces mêmes gisements minéraux commencent à se développer trop rapidement ensemble et sont physiquement incapables de quitter le rein.”

Au fur et à mesure que la pierre passe par le processus de formation, davantage de microsphérules fusionnent, perdent leur forme arrondie et se transforment en cristaux beaucoup plus gros et parfaitement géométriques. Les pierres passent par plusieurs cycles de dissolution partielle – perdant jusqu’à 50% de leur volume, ont découvert les chercheurs – puis de nouveau en croissance, créant un motif caractéristique de cristaux en couches, un peu comme ceux des agates, des squelettes de corail et des dépôts de sources chaudes observés. autour du monde.

“En regardant une coupe transversale d’un calcul rénal, vous ne devineriez jamais que chacune des couches était à l’origine un tas de petites boules alignées et fusionnées. Ce sont de nouvelles façons révolutionnaires pour nous de comprendre comment ces minéraux se développent dans le rein. et fournir des objectifs spécifiques pour la prévention de la croissance des calculs », a déclaré Fouke.

Les auteurs de l’étude ont décrit plusieurs interventions cliniques possibles et cibles de traitement basées sur cette connaissance approfondie de la formation de calculs rénaux. Ils espèrent que les chercheurs et les cliniciens pourront explorer et tester ces options, des cibles médicamenteuses aux changements de régime alimentaire ou aux suppléments qui pourraient perturber la cascade chimique et biologique entraînant la formation de calculs rénaux, a déclaré Sivaguru.

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Pour faciliter ces tests, le groupe de Fouke a développé le GeoBioCell, une cartouche microfluidique conçue pour imiter les structures internes complexes du rein. Le groupe espère que l’appareil pourra accélérer non seulement la recherche, mais aussi les tests de diagnostic clinique et l’évaluation de thérapies potentielles, en particulier pour plus de 70% des patients atteints de calculs rénaux avec des calculs récurrents.

“En fin de compte, notre vision est que chaque salle d’opération aurait un petit laboratoire de géologie attaché. Dans ce laboratoire, vous pourriez faire un diagnostic très rapide sur une pierre ou un fragment de pierre en quelques minutes, et avoir des cibles de traitement informées et individualisées.” Dit Fouke.

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