Aussi surprenant que cela puisse paraître, nous avons tous en nous, même les plus froids et les plus durs d'entre nous, un éternel romantique qui, jour et nuit, caresse et protège inlassablement les recoins les plus petits et les plus intimes de notre corps, un inconnu pour la plupart d'entre nous mais sans lequel nous ne pourrions pas vivre : le glycocalyx endothélial.

Derrière ces deux mots se cache un organe dont l'existence a été confirmée chez les mammifères peu avant que l'homme ne se pose sur la lune.

Cet organe, chez un humain adulte, pèse autant que son cerveau : environ 1,4 kilogramme. S'il est entièrement déployé, il couvrirait trois terrains de basket.

Ce qui le distingue des autres organes, c'est qu'il n'est pas situé à un endroit précis du corps. Au contraire, il est partout, en contact direct avec le sang.

Elle est semblable à une douce couche de velours qui recouvre intérieurement toutes les artères et veines du corps, des plus grandes aux plus petites microcapillaires (vaisseaux sanguins).

L'épaisseur de ce manteau de velours à l'intérieur de chacun d'entre nous varie entre un millième et un dix millième de millimètre (entre 0,1 et 1,0 micromètre).

Mais ne vous laissez pas tromper par sa taille. Bien qu'il puisse sembler trop petit pour être considéré comme un organe vital, le glycocalyx endothélial a plusieurs missions cruciales.

Tout d'abord, elle agit comme une barrière sélective, ne laissant passer que certaines molécules du sang vers le reste du corps, et nous protège contre la perte de liquide (œdème).

Il sert également de couche lubrifiante pour le transport des globules rouges. Elle est particulièrement importante dans le cas des microcapillaires, car leur ouverture peut être plus petite que la taille du globule rouge lui-même.

Il prévient également l'érosion des parois des veines et des artères et empêche en grande partie les autres particules circulant dans le sang d'y adhérer, provoquant ainsi des caillots et des blocages. De plus, en capturant certaines molécules, il contrôle l'apparition de la thrombose, de l'inflammation et du stress oxydatif.

Une autre fonction essentielle du glycocalyx est d'envoyer des informations à l'extérieur des cellules qui font partie des parois des vaisseaux sanguins (endothéliums), afin qu'elles modifient leur forme, leur taille et d'autres propriétés. Ceci est réalisé grâce aux forces exercées sur elle par le sang.

De cette façon, le transport du sang est optimisé à tout moment et en toutes circonstances. En outre, le glycocalyx est également impliqué dans la régulation de la croissance et de la migration de ces cellules endothéliales dans tout le corps.

Le rôle vital du glycocalyx devient apparent lorsque ce revêtement disparaît en partie ou complètement. Lorsque cela se produit, l'athérosclérose (accumulation de graisses, de cholestérol et d'autres substances à l'intérieur des artères et sur leurs parois) commence rapidement et les plaques d'athérome bloquent le passage du sang.

Leur perte a également été liée à des accidents vasculaires cérébraux, à l'hypertension, à la pré-éclampsie et à des infections bactériennes plus graves.

Certaines bactéries produisent des toxines qui endommagent le glycocalyx afin de pouvoir se déplacer librement dans tous les coins et recoins du corps humain.

Une recherche menée en 2019 a révélé que dans le cas du paludisme, si le glycocalyx est endommagé, les chances de survie du patient diminuent considérablement.

D'autre part, le glycocalyx joue un rôle très important dans la croissance et la migration des cellules tumorales (métastases), selon des études récentes.

Il existe également des preuves solides que bon nombre des complications qui surviennent au fil du temps avec le diabète proviennent du fait que la maladie altère considérablement le glycocalyx des microcapillaires.

Il s'agit par exemple de lésions oculaires pouvant conduire à la cécité, de lésions rénales, de lésions nerveuses et de lésions des petits vaisseaux pouvant conduire au pied diabétique et à la gangrène.

Ainsi, le glycocalyx est devenu une cible thérapeutique pour la recherche visant à guérir ou à atténuer les complications de certaines maladies qui frappent l'humanité.

Mais malgré l'intérêt suscité, le gros problème est que, 55 ans après la découverte du glycocalyx chez les mammifères, il reste largement inconnu à de nombreux égards.

La méconnaissance initiale de son importance, sa fragilité, sa petite taille et le fait qu'il est très difficile de l'observer en action dans le cadre d'études en direct sont autant de facteurs qui ont contribué au fait qu'il existe aujourd'hui d'importantes lacunes dans notre connaissance de son fonctionnement.

Nous ne connaissons pas non plus les mécanismes associés à sa maladie et la façon dont elle provoque des perturbations dans le reste de l'organisme.

Ces lacunes signifient que les progrès médicaux qui se produisent sont davantage le résultat d'un lent processus d'apprentissage par essais et erreurs que de recherches stimulées par une compréhension fondamentale de cet organe complexe.

Une meilleure compréhension du fonctionnement du complexe glycocalyx permettrait sans aucun doute d'accélérer considérablement les progrès médicaux.

Observation du glycocalyx par simulation informatique

À l'Université des Îles Baléares (UIB), notre groupe de recherche en physique computationnelle avancée a entrepris d'améliorer notre connaissance du glycocalyx et des maladies associées.

Étant donné la difficulté d'étudier et de tirer des conclusions des études in vivo, nous avons décidé d'aborder le problème au moyen de simulations numériques.

Ceux-ci nous permettraient de modéliser de manière très détaillée le comportement du glycocalyx lorsqu'il est soumis au passage d'un fluide semblable au sang.

Pour parvenir à ce modèle de simulation informatique détaillé du glycocalyx, la première chose à faire est de concevoir et de construire de nouveaux algorithmes.

L'objectif est de pouvoir simuler des systèmes aussi vastes et complexes en un temps raisonnable, avec tous les détails nécessaires pour obtenir des résultats fiables et quantitatifs.

C'est la première tâche réalisée dans le cadre de notre projet GLICOSIM : nous avons obtenu les outils de calcul nécessaires, qui seront bientôt disponibles pour d'autres groupes intéressés, et grâce à eux, nous étudions en détail deux phénomènes fondamentaux mais mal compris.

La première concerne la manière dont le glycocalyx modifie les propriétés des fluides et des globules rouges circulant à l'intérieur des microcapillaires.

La seconde est le rôle du glycocalyx dans l'initiation de la formation de dépôts obstructifs dans les microcapillaires.

Ce ne sont là que quelques étapes vers une compréhension complète du glycocalyx, mais elles nous rapprocheront sans aucun doute de l'objectif final.