Rhéologie du mucus à partir d'un modèle d'épithélium bronchique Humain
Résumé
La fonction mucociliaire de l'épithélium bronchique assure le nettoyage continu des voies respiratoires afin d’éviter toutes infections et inflammations par les éléments présents dans l’air que nous respirons. L'efficacité de la clairance mucociliaire repose sur deux éléments principaux : les propriétés rhéologiques du mucus et la coordination du battement ciliaire. Dans cette communication, nous décrirons spécifiquement nos résultats sur la rhéologie du mucus. Notre approche biophysique vise à comprendre les paramètres biochimiques et physiques affectant les propriétés viscoélastiques du mucus et à évaluer l 'utilisation des propriétés viscoélastiques du mucus comme marqueur du diagnostic de maladie respiratoire (BPCO, maladie pulmonaire obstructive chronique ...).
Des études sur la rhéologie du mucus ont déjà été réalisées, mais essentiellement sur le crachat ou le mucus reconstitué. Nous avons effectué des expériences rhéologiques sur le mucus extrait des cultures ALI (Air Liquid Interface) de l'épithélium bronchique reconstitué à partir d'une biopsie bronchique. Notre approche consiste à combiner une expérience de macro-rhéologie standard et une micro-rhéologie réalisée avec des pinces optiques afin de quantifier les propriétés viscoélastiques du mucus et de comprendre son comportement d'écoulement à différentes échelles, de l'échelle des cils jusqu'à l'échelle de longueur sur laquelle le mucus est transporté.
Nos résultats montrent le comportement d'amincissement par cisaillement et la nature élastique du mucus avec un petit module élastique G 'compris entre 1 et 2 Pa. On observe également la rupture du gel de mucus à très faible taux de cisaillement et même pour la déformation oscillatoire réalisée À des fréquences inférieures à la fréquence de battement des cils (~ 15 Hz), probablement en raison de la structure complexe et hétérogène du mucus. Néanmoins, la structure du mucus et les propriétés viscoélastiques sont récupérées en 5 minutes. La macro et la micro-rhéologie indiquent deux comportements différents : on observe un plateau élastique à la macro-échelle et un comportement visqueux à la micro-échelle, avec une viscoélasticité très faible de l'ordre de 10-3 à 10-2 Pa et proportionnelle À la fréquence de ω0,9 dans la même plage de fréquence. En appliquant des forces locales grâce à des pinces optiques, comme le montre la figure 1, nous montrons que l'adhérence du mucus est impliquée et doit être prise en compte pour comprendre les différences entre les propriétés mécaniques mesurées à ces différentes échelles de longueur et plus généralement pour caractériser les propriétés du mucus.
Cette approche biophysique et méthodologie spécifique nous permet de comparer des échantillons correspondant à différentes pathologies du patient et pourrait être appliquée avec succès à l'hypersécrétion de mucus de patients atteints de fibrose kystique. Ce travail s'inscrit dans le cadre d'un projet de plus grande envergure impliquant une étude de physique statistique sur la coordination des cils et son couplage avec la viscoélasticité du mucus.