Fabriquer un poumon en laboratoire

Sur le plan de l’ingénierie, le poumon humain est fascinant, c’est un modèle de performance. Sa surface, d’environ 70 mètres carrés chez l’adulte, est regroupée en une structure élastique dynamique pour pouvoir assurer un bon transfert de l’oxygène et du gaz carbonique. La revue Science datée du 25 juin a publié à ce sujet les travaux tout à fait fascinants de deux groupes indépendants. Utilisant des approches radicalement différentes, ces résultats constituent des avancées importantes pour fabriquer un jour un poumon fonctionnel en laboratoire.

Reconstruire le poumon en laboratoire

Les donneurs de poumons étant en nombre restreint comparé au nombre de gens qui en ont désespérément besoin et les tissus de cet organe ne se régénérant pas, beaucoup de scientifiques s’intéressent à la formation de ses tissus en laboratoire en vue de pouvoir un jour les transplanter. Des chercheurs ont obtenu des résultats préliminaires tout à fait impressionnants en prélevant un poumon de rat et en le reconstruisant avec de nouvelles cellules1.

Le nouveau poumon a assuré les échanges d’oxygène et de gaz carbonique puis les chercheurs ont même pu brièvement transplanté l’organe sur un rat. Cette méthode pourrait un jour servir à produire un tissu pulmonaire fonctionnel.

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Les chercheurs ont d’abord excisé les poumons de rats dont ils ont soigneusement retiré avec un détergent les cellules épithéliales spongieuses ainsi que les vaisseaux sanguins. Il en est resté une matrice de tissu connectif (lung scaffold) qui conservait son extensibilité et d’autres propriétés du poumon. Puis les chercheurs ont placé cette matrice reposer en présence de cellules épithéliales et endothéliales du poumon dans un bioréacteur (Bioreactor). En quelques jours, l’ensemble comportait des alvéoles, des microvaisseaux et des bronchioles peuplées des cellules appropriées. Après une semaine, un poumon était prêt à être transplanté. Lorsque les poumons ont été transférés à des rats pour une ou deux heures, ils ont permis l’échange d’oxygène et de gaz carbonique comme des poumons normaux.

Pour que cette méthode ait une application clinique, les cellules utilisées pour réensemencer la matrice devront être issues du patient receveur pour éviter tout rejet sous la forme de cellules souches de poumon ou de cellules souches pluripotentes induites. De telles cellules ne sont pas encore disponibles.

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Un poumon sur puce

D’autres scientifiques ont créé une structure de la taille d’une pièce de monnaie qui mime de nombreux aspects de la barrière entre les cellules épithéliales et les vaisseaux sanguins, tissus étroitement accolés dans tout le poumon2.

Ce dispositif devrait aider les chercheurs à comprendre comment le tissu pulmonaire change et opère à très petite échelle et fournir ainsi des informations difficiles à obtenir à partir de cultures cellulaires ou d’animaux.

Les chercheurs indiquent que leur système pourrait être une alternative valable aux études cliniques ou chez l’animal testant des médicaments ou leur toxicité.

Il consiste en une membrane de silice poreuse et flexible recouverte de cellules épithéliales d’un côté et endothéliales de l’autre. Des microcanaux autour de la membrane permettent à l’air ou au liquide de circuler, et l’application d’un vide entraîne une déformation de la membrane semblable à ce que fait le tissu vivant.

Les auteurs ont pu reconstituer l’ensemble des processus qui se déroulent dans les poumons, tels que la réponse inflammatoire aux pathogène ou à des molécules signaux appelées cytokines. La tension mécanique, comme celle induite par la respiration, augmente l’absorption par les cellules de la membrane de nanoparticules et stimule leur transport dans les canaux microvasculaires sous-jacents.

Une membrane de silice poreuse et flexible recouverte de cellules épithéliales d'un côté et endothéliales de l\'autre. Le système recrée les mouvements de respiration grâce au vide dans les deux chambres latérales qui provoque l'étirement de la membrane.

Une membrane de silice poreuse et flexible recouverte de cellules épithéliales d'un côté et endothéliales de l\'autre. Le système recrée les mouvements de respiration grâce au vide dans les deux chambres latérales qui provoque l'étirement de la membrane.

Sources : EurekAlert et Science

Notes et références

  1. Tissue Engineered Lungs for In Vivo Implantation. Thomas H. Petersen, Elizabeth A. Calle, Liping Zhao, Eun Jung Lee, Liqiong Gui, MichaSam B. Raredon, Kseniya Gavrilov, Tai Yi, Zhen W. Zhuang, Christopher Breuer, Erica Herzog, Laura E. Niklason. Science. []
  2. Reconstituting Organ-Level Lung Functions on a Chip. Dongeun Huh, Benjamin D. Matthews, Akiko Mammoto, Martín Montoya-Zavala, Hong Yuan Hsin, Donald E. Ingber. Science []

Un Commentaire

  1. C’est une technique particulièrement innovante qui j’en suis sûr rendra les greffes de poumons plus faciles. Il y a d’ailleurs un article très intéressant sur le sujet que vous pourrez consulter via l’adresse: http://blog.mutuelle-assur.com/poumons-cultives-espoir-retrouve-.aspx et qui s’intitule « Poumons cultivés, espoir retrouvé! ».

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