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description=Modéliser le poumon humain est un défi majeur tant sa structure est complexe, mais en combinant différentes technologies, le résultat est prometteur et pourrait aider à travailler sur différentes maladies.;
author=Isabelle Dupin;

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nordic unsplash cc by https theconversation com creer des modeles de poumon en laboratoire pour mieux comprendre les maladies respiratoires 278913 https theconversation com creer des modeles de poumon en laboratoire pour mieux comprendre les maladies respiratoires 278913 lien copié partager share article copy link partager par e mail bluesky facebook whatsapp messenger linkedin x anciennement twitter print article dans les années 2010 les biologistes ont appris à exploiter une propriété fascinante des cellules souches leur capacité à s auto organiser placées dans les bonnes conditions elles peuvent former spontanément des structures tridimensionnelles miniatures que l on appelle organoïdes qui reproduisent certains aspects structurels et fonctionnels d un organe cette approche impacte profondément la recherche biomédicale mais dans le cas du poumon elle montre aujourd hui ses limites et conduit à intégrer d autres approches pour progresser il faut guider voire contraindre cette auto organisation modéliser le poumon humain reste un défi majeur sa structure en arbre avec une vingtaine de divisions successives jusqu aux alvéoles ses propriétés mécaniques spécifiques liées aux mouvements respiratoires et surtout son exposition constante à l air en font un organe à part pendant longtemps les modèles animaux notamment les rongeurs ont servi de référence en recherche préclinique mais ils présentent des différences importantes avec le poumon humain notamment au niveau des voies respiratoires les plus petites qui correspondent aux dix dernières divisions de l arbre bronchique or ces zones sont justement atteintes très tôt dans certaines maladies comme la bronchopneumopathie chronique obstructive bpco cette maladie principalement causée par le tabagisme se caractérise par une obstruction progressive et permanente des bronches elle touche plus de trois millions de français et à ce jour il n existe pas de traitement pharmacologique pour guérir ces patients dans le domaine de la santé respiratoire les organoïdes ont apporté une alternative prometteuse ces modèles ont déjà fait leurs preuves dans la mucoviscidose par exemple des organoïdes dérivés de patients permettent de reproduire les défauts de sécrétion de fluides et de prédire l efficacité de nouveaux traitements une avancée majeure vers une médecine personnalisée mais la promesse n est pas totalement tenue l auto organisation a ses limites les organoïdes bronchiques classiques ont une forme de sphères creuses remplies d eau et de mucus une géométrie bien éloignée de celle des bronches humaines qui sont des tubes ramifiés plus problématique encore leur architecture fermée rend difficile l accès à leur intérieur stimuler ces modèles par des virus respiratoires ou bien tester des médicaments inhalés au cœur des traitements respiratoires devient alors un défi technique quand les cellules souches prennent forme plutôt que de s en remettre uniquement aux capacités d auto organisation des cellules souches nous avons décidé de guider leur organisation grâce à la bio ingénierie notre pari imposer une structure tubulaire aux cellules souches pour contraindre leur organisation spatiale tout en préservant leur capacité à se différencier concrètement nous avons fabriqué avec l aide de nos collègues en biophysique un moule tubulaire en hydrogel de très petite dimension environ 0 5 millimètre de diamètre dans lequel nous avons introduit les cellules souches purifiées à partir de tissus pulmonaires humains schéma de la fabrication d un bronchioïde fourni par l auteur les cellules ne se contentent pas de survivre dans cette structure elles recréent progressivement un épithélium respiratoire fonctionnel en présence d un milieu de culture riche en facteurs de croissance en quelques semaines apparaissent les cellules fonctionnelles de la bronche les cellules ciliées et des cellules sécrétrices de mucus le long de la paroi interne du tube les cils des cellules ciliées battent bien à la fréquence attendue soit 15 battements par seconde ces battements sont essentiels pour mettre en mouvement le mucus et assurer la défense de nos bronches face aux agressions de l environnement coupe longitudinale d un bronchioïde après marquage des noyaux marquage avec une sonde nucléaire en blanc du mucus immunomarquage contre muc5a en magenta et des cils immunomarquage contre la tubuline acétylée en cyan imagerie et reconstruction 3d elise maurat surtout cette architecture ouverte change tout pour la première fois il devient possible de perfuser ces structures et d y faire circuler de l air il est également possible de les infecter avec des virus respiratoires et d observer la dynamique de l infection modéliser la maladie l intérêt de notre modèle que nous avons appelé bronchioïde se révèle également lorsqu on utilise des cellules issues de patients en recréant des bronchioïdes à partir de cellules de patients atteints de bpco nous observons des altérations caractéristiques de la maladie des battements ciliaires perturbés et une apparition excessive et précoce des cellules sécrétrices de mucus autrement dit le modèle ne reproduit pas seulement des bronches saines il peut aussi simuler des anomalies pathologiques cette capacité ouvre des perspectives concrètes mieux comprendre les mécanismes précoces des maladies respiratoires telles que l asthme ou la bpco tester des traitements dans des conditions plus réalistes et à terme adapter les thérapies à chaque patient faut il parler de mini bronches en laboratoire on en est encore loin ces modèles restent incomplets ils ne contiennent pas à ce stade toute la diversité cellulaire du poumon notamment les cellules de soutien essentielles au fonctionnement de l organe ils ne reproduisent pas non plus la complexité de l arbre bronchique avec son intégration dans les systèmes vasculaire immunitaire et nerveux enfin les aspects mécaniques dynamiques de la respiration sont généralement absents des modèles organoïdes mais la combinaison de l auto organisation et des contraintes physiques imposées par la bio ingénierie est prometteuse les possibilités offertes par cette discipline sont quasiment infinies une équipe grenobloise a récemment réussi à intégrer des organoïdes dans des dispositifs microfluidiques qui sont des supports contenant des canaux très fins ceci a permis de vasculariser les organoïdes une avancée majeure pour apporter suffisamment d oxygène et de nutriments à ces structures tridimensionnelles une équipe suisse a quant à elle reproduit un réseau d alvéoles grâce à une membrane biologique souple et étirable qui imite les mouvements de respiration avec l espoir un peu fou de pouvoir développer grâce à ces outils une médecine plus prédictive et mieux adaptée aux patients biologie cellules souches cellules poumons agence nationale de la recherche anr isabelle dupin université de bordeaux auteur isabelle dupin professeure des universités université de bordeaux déclaration d intérêts isabelle dupin a reçu des financements de l agence nationale de la recherche anr de la région nouvelle aquitaine et de l european research concil erc project kintsugi 101170266 les points de vue et opinions exprimés sont toutefois uniquement ceux de l autrice et ne reflètent pas nécessairement ceux de l union européenne ni de l european research concil ni l union européenne ni l autorité de financement ne peuvent en être tenues responsables partenaires université de bordeaux apporte un financement en tant que membre adhérent de the conversation fr voir les partenaires de the conversation france doi https doi org 10 64628 aak xpveyvmtt notre audience le réseau global the conversation a une audience mensuelle de 18 millions de lecteurs et une audience globale de 42 millions à travers les republications sous la licence creative commons vous voulez écrire écrivez un article et rejoignez une communauté de plus de 224 000 universitaires et chercheurs de 5 503 institutions enregistrez vous maintenant ce que nous 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