Des microbes pulmonaires sur un modèle de puce permettent d’élucider le combat entre l’hôte et son microbiote dans le cas des maladies respiratoires chroniques
Les scientifiques ainsi que les praticiens des soins de santé sont confrontés au manque de connaissances concernant les changements de composition microbienne des poumons, à savoir si ceux-ci sont responsables, et dans quelle mesure, de la prédisposition de certaines personnes aux infections respiratoires, ainsi qu’à la progression de l’asthme et de la BPCO. Dans des poumons de souris, ces changements se traduisent par une inflammation des voies aériennes et par une perte de fonction pulmonaire. Cependant, les facteurs responsables de ces changements sont méconnus, ainsi que la façon dont ils entraînent une prédisposition accrue aux infections et aux lésions pulmonaires. Il est primordial de comprendre ces interactions dans la mesure où les traitements actuels des patients asthmatiques ou atteints de BPCO se limitent à l’atténuation des symptômes et à la prévention de la progression de la maladie. Malheureusement, cette approche est freinée par le grand nombre de patients présentant une résistance au traitement par corticostéroïdes.
Des voies aériennes sur puce à la rescousse
«Nos objectifs principaux consistaient à développer un modèle de microbiote humain de “voies aériennes pulmonaires sur puce” et d’étudier les interactions entre l’hôte et son microbiote dans les poumons», résume Pieter Hiemstra, coordinateur du projet EpiCBiome financé par l’UE et professeur de biologie cellulaire respiratoire et d’immunologie au centre médical universitaire de Leiden. Les chercheurs ont focalisé leur attention sur le rôle des peptides et des protéines de défense de l’hôte dans le cadre de l’asthme et de la BPCO. Les chercheurs d’EpiCBiome sont parvenus à appliquer la technologie d’organe sur puce au sein de leur laboratoire et à optimiser les «voies aériennes pulmonaires sur puce» et les «alvéoles pulmonaires sur puce» en utilisant des cellules issues du laboratoire de Pieter Hiemstra. Cette étude a été entreprise avec le soutien du programme Marie Skłodowska-Curie. «Le travail avec la plateforme d’organe sur puce de notre partenaire Emulate s’est révélé particulièrement passionnant», évoque Pieter Hiemstra. «Et la formation sur le site d’Emulate de la chercheuse Anne van der Does s’est avérée inestimable.» En outre, l’équipe a optimisé un système de co-culture de microbiote épithélial pulmonaire Transwell pendant la période de subvention. Elle a également étudié la manière dont le remodelage de l’épithélium des voies aériennes affecte la charge microbienne d’un mélange microbien complexe.
Les problèmes liés aux microbes
«Le plus grand obstacle que nous ayons eu à relever a été d’obtenir un mélange microbien complexe représentatif d’un microbiote stable, et applicable à des cultures cellulaires», explique Pieter Hiemstra. Cette difficulté est restée contraignante tout au long du projet et les chercheurs travaillent toujours à l’amélioration de ce point en laboratoire. L’un des autres problèmes a été le très faible nombre de microbiotes présents dans les poumons, ce qui représente un défi lorsqu’il s’agit de reproduire ce niveau in vitro pour obtenir des lectures fiables. «Par conséquent, nous nous sommes davantage concentrés sur la réponse épithéliale plutôt que sur la composition du microbiote dans le cadre du projet», résume-t-il. Le dernier défi a été de transférer le modèle de «voies aériennes pulmonaires sur puce» vers le laboratoire néerlandais et d’optimiser les conditions de culture pour garantir la fiabilité et la robustesse du modèle, ce qui s’est avéré plus long que prévu.
L’avenir pour les applications de voies aériennes sur puce
L’équipe de recherche continuera à incorporer des microbes dans les cultures, notamment sur puce, dans la mesure où les travaux n’ont pour le moment pas progressé jusqu’à ce stade. Cette approche coïncide avec la volonté d’élargir les études pour y inclure le cancer du poumon. «Les expériences menées avec des produits Transwell nous ont fourni de précieux indices sur l’impact potentiel du remodelage sur le microbiote pulmonaire, et cela constituera le point focal de nos futures recherches.» Anne van der Does s’est installée comme scientifique indépendante au sein du département, et elle a récemment obtenu les premières subventions importantes qui font suite à l’introduction des «voies aériennes pulmonaires sur puce» dans le laboratoire de Pieter Hiemstra. Celui-ci résume la portée de ces travaux: «Le projet a largement contribué au développement professionnel de Anne van der Does et s’est également traduit par l’introduction d’une méthode inestimable au sein de notre laboratoire».
Mots‑clés
EpiCBiome, poumon, puce, microbiome, microbiote, BPCO, culture, maladie respiratoire