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[Stage de M2] Rôle du surfactant pulmonaire dans la dynamique de la respiration

  • Aline Bel-Brunon
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23 Jan 2023 12:25 #618 par Aline Bel-Brunon
L’appareil respiratoire est une machinerie complexe dans laquelle des phénomènes à la fois multi-échelles et multi-physiques garantissent la fonction respiratoire par un équilibre subtil. Plusieurs pathologies pulmonaires peuvent s’expliquer par un déséquilibre des mécanismes à l’œuvre aux petites échelles, conduisant à une perte progressive de la fonction respiratoire. Par exemple, la fibrose résulte d’une synthèse surabondante de fibres de collagène, elle-même promue par un déséquilibre dans le signal mécanique perçu par les cellules pulmonaires (mécanotransduction). Une meilleure compréhension des interactions à l’échelle de la microstructure du parenchyme pulmonaire peut permettre d’une part d’expliquer des mécanismes observés cliniquement, et par ailleurs d’alimenter les modèles numériques d’appareil respiratoire en vue d’une prédiction de l’état physiologique et pathologique des poumons [1]. Indispensable à la mécanique respiratoire, le surfactant pulmonaire (SP) est un mélange de phospholipides et de protéines qui tapisse l’intérieur des alvéoles pulmonaires. Se structurant en couches à l’interface entre l’air et un mince film de fluide biologique, le SP réduit grandement la tension de surface du fluide sous-jacent, permettant ainsi une mécanique respiratoire sans effort. Le SP constitue par ailleurs la première barrière de protection contre les agressions extérieures, notamment les particules de pollution. Cependant, le rôle mécanique du SP sur le comportement du parenchyme pulmonaire est encore mal connu : d’une part les essais mécaniques classiques sur ce tissu, en traction, n’ont pas permis de lui faire jouer son rôle [2], et d’autre part des essais plus physiologiques, de type gonflement, n’ont été réalisés qu’à l’échelle de l’organe [3].

Le projet ambitionne d’élucider la contribution du surfactant pulmonaire au comportement mécanique équivalent du parenchyme pulmonaire, en associant des expériences de mécanique à différentes échelles et de biochimie

Mécanique à l’échelle de l’organe : ces expériences seront réalisées grâce à un dispositif original développé au laboratoire, qui permet la caractérisation mécanique d’un sous-segment pulmonaire en gonflement, dans une enceinte mise en dépression pour représenter la pression pleurale. La structure à l’échelle micrométrique du sous segment sera déterminée grâce à la micro-tomographie. Le rôle du surfactant pourra quant à lui être évalué grâce à la possibilité de le retirer complètement du sous segment. Le dispositif étant encore en phase de développement, le candidat participera à sa finalisation et mise au point et mènera la campagne expérimentale.
 
Biochimie : des analyses biochimiques des surfactants extraits de sous segments seront réalisées en collaboration avec la plateforme lipidomique de l’IMBL, INSA Lyon, afin d’en déterminer les compositions en phospholipides et protéines. Des compositions modèles, dites bio-mimétiques, pourront alors être formulées sur la base de ces résultats, afin de cibler certaines espèces moléculaires du mélange et déterminer leur rôle dans le comportement global du mélange.

Mécanique à l’échelle de l’alvéole : le comportement de la couche de SP dans une alvéole pulmonaire peut être modélisé grâce à la cuve de Langmuir, un appareillage qui comprime de façon contrôlée une monocouche déposée sur un interface eau/air de grande dimensions (quelques dizaines de cm2). L’appareil mesure la dépendance entre tension de surface et aire allouée par lipide, mais ne permet pas de dépasser une fréquence d’acquisition de 0.1 Hz de ces grandeurs, alors que la fréquence typique de la respiration est de l’ordre de 1 Hz. Cet appareillage sera néanmoins utilisé et couplé à de la microscopie de fluorescence ou à de l’imagerie en réflexion à angle de Brewster (BAM). Il sera ainsi possible d’observer d’éventuelles phénomènes de ségrégation lipidiques dans le plan de la monocouche, phénomènes fréquemment observés dans le cas de mélanges de phospholipides. Les comportements des différents mélanges bio-mimétiques seront analysés.

Laboratoires d'accueil : LaMCoS et LBMC à Lyon
Contact : envoyer un dossier de candidature (CV + relevé de notes) à Aline Bel-Brunon - aline.bel-brunon@insa-lyon.fr

Références
[1]    M. Genet, C. Patte, C. Fetita, P.-Y. Brillet, et D. Chapelle, « Personalized pulmonary poromechanics », Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering, vol. 23, no sup1, p. S119‑S120, oct. 2020, doi: 10.1080/10255842.2020.1812842.
[2]    A. Bel-Brunon, S. Kehl, C. Martin, S. Uhlig, et W. A. Wall, « Numerical identification method for the non-linear viscoelastic compressible behavior of soft tissue using uniaxial tensile tests and image registration – Application to rat lung parenchyma », Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, vol. 29, p. 360‑374, janv. 2014, doi: 10.1016/j.jmbbm.2013.09.018.
[3]    C. A. Mariano, S. Sattari, M. Maghsoudi-Ganjeh, M. Tartibi, D. D. Lo, et M. Eskandari, « Novel Mechanical Strain Characterization of Ventilated ex vivo Porcine and Murine Lung using Digital Image Correlation », Front. Physiol., vol. 11, 2020, doi: 10.3389/fphys.2020.600492.

 

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Modérateurs: Bruno Watier
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