Les fractures du col du fémur ne sont pas dues uniquement à une densité osseuse insuffisante. La nanostructure de l’os – c’est-à-dire l’orientation des fibres de collagène dont sont faits les os – joue elle aussi un rôle important. C’est ce que suggèrent les analyses conduites par Marianne Liebi, professeure de l’EPFL et de l’Institut Paul Scherrer PSI, à l’aide d’une nouvelle méthode aux rayons X.Lorsqu’une personne se fracture la hanche à la suite d’une chute, c’est très souvent au niveau du col du fémur, cette partie étroite de l’os située juste en dessous de l’articulation de la hanche. Souvent, ces accidents surviennent avec l’âge, lorsque l’os a perdu de sa densité. La plupart du temps, il se fracture au niveau de l’extrémité supérieure du col du fémur, où il est en général nettement plus poreux qu’au niveau de l’extrémité inférieure.Mais ce lien n’existe pas toujours: parfois, le col du fémur se fracture alors qu’il n’est pas poreux. A l’aide de la Source de Lumière Suisse SLS et de mesures réalisées au synchrotron suédois MAX IV, des scientifiques viennent de découvrir à quoi ce phénomène pourrait être dû: à une modification de la nanostructure de l’os.Visualiser l’agencement des fibres de collagène L’équipe était emmenée par Marianne Liebi, directrice du Laboratoire cam-x (Laboratory for X-ray characterization of materials) de la Faculté des sciences et techniques de l’ingénieur de l’EPFL et chercheuse au Centre des sciences photoniques du PSI. Ils ont étudié des échantillons d’os, prélevés chaque fois par deux sur 78 cols du fémur, avec une nouvelle technique d’imagerie. Chaque paire d’échantillons provenait du même col du fémur: l’un des échantillons avait été prélevée au niveau de l’extrémité supérieure et l’autre au niveau de l’extrémité inférieure.Tomographie par tenseur d’un col du fémur: dans l’ensemble, l’échantillon de la partie supérieure présente davantage de valeurs gris foncé que de valeurs gris clair. Cela signifie que les fibres de collagène y sont moins parallèles que dans la partie inférieure. C’est pourquoi l’os peut se fracturer plus facilement. © Studio HübnerBraunComme technique, les scientifiques ont utilisé la tomographie par tenseur de diffusion des rayons X aux petits angles, ou small-angle X-ray scattering tensor tomography en anglais (abrégée SAXS-TT).L’analyse a porté notamment sur les fibres de collagène dont l’os est composé et qui sont mille fois plus fines qu’un cheveu. Hormis la diminution de la densité osseuse au niveau de l’extrémité supérieure du col du fémur, ces travaux ont mis en évidence un autre facteur: la différence de disposition des fibres de collagène entre l’extrémité supérieure et l’extrémité inférieure. Au niveau de l’extrémité inférieure, elles sont alignées de manière bien parallèle, ce qui leur permet de bien amortir les forces qui s’exercent sur le col du fémur. Alors qu’elles sont plus désordonnées, plus obliques, voire carrément entrecroisées au niveau de l’extrémité supérieure, et donc moins flexibles.«A cela s’ajoute un autre aspect: au niveau de l’extrémité supérieure, les plaquettes minérales présentent une disposition moins régulière et sont formées différemment», ajoute Torne Tänzer, premier auteur de l’étude, qui travaille comme doctorant dans le groupe de Marianne Liebi. Les plaquettes minérales d’un os sont de minuscules lamelles de phosphate de calcium disposées entre les fibres de collagène, qui stabilisent ces dernières.On suppose que la disposition des fibres et des plaquettes pourrait influencer la stabilité des os. «Nous voulons examiner la validité de cette thèse dans le cadre d’autres études, en menant des essais mécaniques avec des cols du fémur présentant des structures différentes», explique Torne Tänzer. Cela permettra de montrer si une structure irrégulière augmente bel et bien le risque de fracture osseuse: «Nous serons alors probablement en mesure de dire dans quelle mesure de telles modifications de la nanostructure sont également liées à l’âge», avance encore le chercheur.Les scientifiques espèrent que leurs travaux contribueront à une meilleure compréhension générale de la structure des os et à leur analyse. Ils pourraient par ailleurs faire avancer la recherche fondamentale sur la mécanique de l’os: «Les méthodes permettant d’étudier les matériaux biologiques à l’échelle nanométrique, aussi bien sur le plan structurel que sur le plan mécanique, ne cessent d’évoluer, rappelle Marianne Liebi. Nous montrons ce que ces avancées permettent déjà d’accomplir aujourd’hui et dans quelle direction elles pourraient évoluer à l’avenir.»Texte: Basé sur un communique de presse par Jan Berndorff, Institut Paul Scherrer (PSI). https://www.psi.ch/fr/news/communiques-de-presse/nano-apercus-de-la-stabilite-des-osRéférencesT. Tänzer, T. Kochetkova, A. Baroni, et al. “ Combination of 3D and 2D Small and Wide Angle X-Ray Scattering Imaging Reveals Diminished Bone Quality in the Superior Human Femoral Neck Cortex.” Advanced Materials (2026): e73848. https://doi.org/10.1002/adma.73848