Un dispositif millifluidique pour étudier le film pulmonaire en conditions hors-équilibre
Publié par Isabelle le 17/10/2018 à 12:00
Les alvéoles des poumons sont couvertes d'un film de lipides et de protéines qui joue un rôle clé dans le processus de la respiration, et fait défaut chez certains enfants prématurés. Une équipe de chercheurs interdisciplinaire (Laboratoire de Génie Chimique de Toulouse, Hôpital (Un hôpital est un lieu destiné à prendre en charge des personnes atteintes de pathologies et des traumatismes trop complexes pour pouvoir être...) de Scanie, Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures)....) de Lund) a mis au point (Graphie) une méthodologie pour étudier ce film, et suggérer des améliorations du traitement clinique permettant de le reconstituer. Les résultats sont publiés dans la revue ACS Central Science.


Un extrait clinique utilisé pour les naissances prématurées est concentré dans un dispositif millifluidique, ce qui génère la formation d'une couche multilamellaire, similaire au film couvrant les alvéoles pulmonaires.

Lorsque nous respirons, des échanges gazeux (apport d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) et évacuation du dioxyde de carbone) se produisent dans des millions d'alvéoles à l'intérieur de nos poumons. Le film alvéolaire, constitué d'un mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de...) de lipides et de protéines appelé tensio-actif pulmonaire (Les pulmonaires sont des plantes de la famille des Boraginacées appartenant au genre Pulmonaria. Elles doivent leur nom au fait que, selon les...), joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert principalement à ouvrir et fermer la bouche et à mastiquer.) un rôle vital dans le processus respiratoire: son absence est la cause de syndromes de détresse respiratoire, qui affectent notamment les nouveau-nés prématurés.

Pour mieux comprendre la relation entre la composition du tensioactif (Un tensioactif ou agent de surface est un composé qui modifie la tension superficielle entre deux surfaces. Les composés tensioactifs sont des molécules amphiphiles, c'est-à-dire qu'elles présentent deux parties de polarité différente, l'une...) et la structure du film pulmonaire, une équipe de chercheurs du Laboratoire de génie chimique de Toulouse (LGC, CNRS/Institut national Polytechnique/Université Paul Sabatier), en collaboration avec l'Hôpital de Scanie et l'université de Lund, en Suède, a mis au point un dispositif millifluidique qui permet en manipulant de très faibles volumes de fluides d'obtenir un film de tensio-actif pulmonaire, et de caractériser sa composition et sa structure. Leur étude suggère également des voies d'amélioration du traitement aujourd'hui utilisé pour soigner les nouveaux-nés prématurés chez lesquels le tensio-actif pulmonaire fait défaut.

Les chercheurs se sont attachés à reproduire des conditions thermodynamiques réalistes de la respiration (Dans le langage courant, la respiration désigne à la fois les échanges gazeux (rejet de dioxyde de carbone, CO2, appelé parfois de façon impropre « gaz carbonique », et absorption...). En effet, le film pulmonaire est placé à l'interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface désigne ainsi ce que chaque élément a besoin de connaître...) entre l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est...) inspiré, humide mais pas saturé, et le milieu cellulaire, riche en eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.), ce qui induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer en électricité (générateur) ou en force (moteur).) des conditions hors-équilibre. Leur dispositif mime ces conditions. Il est constitué d'un capillaire connecté d'un côté à un réservoir de tensio-actif de substitution (utilisé comme traitement dans les hôpitaux), et de l'autre à une entrée d'air d'humidité (L'humidité est la présence d'eau ou de vapeur d'eau dans l'air ou dans une substance (linge, pain, produit chimique, etc.).) contrôlée. Ils ont ainsi pu observer à l'interface air-liquide la formation d'un film de structure multilamellaire à l'interface air-liquide, dont ils ont pu mesurer les caractéristiques à l'aide de microscopies optiques, spectroscopiques et diffusionnelles.

L'étude a révélé que l'hétérogénéité du film est directement liée aux conditions hors-équilibre reproduite par l'expérimentation (L'expérimentation est une méthode scientifique qui consiste à tester par des expériences répétées la validité d'une hypothèse et à obtenir des données quantitatives permettant...). En revanche, l'ajout de cholestérol (Le cholestérol est un lipide de la famille des stérols qui joue un rôle central dans de nombreux processus biochimiques. Le cholestérol tire son...), présent dans le tensioactif pulmonaire naturel mais absent dans l'extrait clinique utilisé en traitement, permet la formation d'un film barrière extrêmement homogène. Cette observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir...) suggère des voies d'amélioration des traitements, et une meilleure compréhension des liens entre composition, structure et fonctions dans ces membranes biologiques.

Cette publication s'inscrit dans le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de contribution, et...) ANR "Coating".

Références publication:
The Impact of Nonequilibrium Conditions in Lung Surfactant: Structure and Composition Gradients in Multilamellar Films,
Jenny Marie Andersson, Kevin Roger, Marcus Larsson, and Emma Sparr.
ACS Central Science (2018)
DOI: 10.1021/acscentsci.8b00362
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acscentsci.8b00362

Contact chercheur:
Kevin Roger LGC
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