fond de bain de tissu

Bains de tissus dans les modèles de maladies respiratoires

Les bains de tissus isolés, également connus sous le nom de chambres d'organes, sont des outils utilisés dans la discipline de la pharmacologie depuis plus de 150 ans pour évaluer la contractilité des tissus et la réponse de relaxation lors de l'exposition à des stimuli, y compris l'ajout de divers agonistes.1. Cette technique a été utilisée dans l'une des découvertes scientifiques les plus révolutionnaires en 1980 lorsque les pionniers de l'endothélium, Furchgott et Zawadski, ont découvert la molécule de signalisation oxyde nitrique dans le système cardiovasculaire.2 pour laquelle ils ont reçu le prix Nobel de physiologie en 1998. La polyvalence du système et l'utilisation de divers médicaments/agonistes permettent d'étudier différentes voies cellulaires, de caractériser les récepteurs et la transduction du signal des récepteurs1. La compréhension de ces aspects a permis aux scientifiques de développer de nombreuses thérapies actuellement utilisées pour traiter des millions de patients souffrant de troubles tels que l'hypertension, l'asthme, le diabète, l'insuffisance cardiaque et bien d'autres.

Figure 1 : Système EmkaBath 4. Unité centrale avec bains, transducteurs, amplificateurs intégrés, interface utilisateur, pompes, chauffage, électronique, etc.
Avantages du système de bain de tissus :

Jusqu'à présent, les bains de tissus isolés sont encore couramment utilisés pour mener des études de réactivité vasculaire dans la recherche fondamentale et le développement de médicaments en raison de leurs nombreux avantages. Le système de bain d'organes tissulaires est généralement livré avec des accessoires dans un large éventail de dimensions et de formes pour gérer le montage d'une grande variété de tailles de tissus, aussi peu que le mésentérique murin et aussi gros que l'iléon porcin.1. Contrairement à d'autres techniques qui aident généralement à étudier chaque étape individuelle telle que l'affinité médicament-récepteur, la transduction du signal, la génération de messager secondaire, les bains de tissus permettent aux chercheurs d'étudier le résultat de l'intégration de toutes ces étapes. L'avantage indispensable de cette technique est que les petits tissus vivants peuvent fonctionner comme un tissu entier pendant l'expérimentation. Les réponses physiologiques de contraction ou de relaxation qui en résultent peuvent être extrapolées pour générer des hypothèses solides qui s'appliquent à l'ensemble du tissu, ce qui est un atout pour visualiser et prédire comment un médicament expérimental fonctionnerait dans l'organisme dans son ensemble.

Exécution d'une expérience avec des bains de tissus :

Les bains de tissus isolés maintiennent l'intégrité du tissu pendant une période prolongée en fournissant les conditions physiologiques souhaitées in vitro tout en mesurant la réponse de réactivité vasculaire. Le contrôle des conditions telles que la température, l'apport d'oxygène et la composition de la solution de perfusat (électrolytes, nutriments, pH) permet d'étudier les changements possibles dans la réponse de la contractilité vasculaire dans différents environnements tels que l'hypoxie, l'hypercapnie ou simplement des conditions physiologiques in vivo normales dans le présence de stimulations. Une fois le tissu d'intérêt délicatement récolté, des segments de tissu d'anneaux de 3 à 4 mm de large sont suspendus entre deux étriers métalliques placés à travers la lumière et reliés à un transducteur de force isométrique. Les bains d'organes remplis de la solution de perfusat sont préchauffés à la température réglée et les anneaux sont lavés plusieurs fois.

Figure 2 : Bain de tissus individuel de l'EmkaBath4 avec accessoires.

Après une période de stabilisation, la contraction maximale est déterminée avec l'ajout d'une concentration connue de chlorure de potassium et les anneaux sont exclus s'ils ne se contractent pas car cela indique des dommages aux tissus lors de la récolte. Après avoir lavé le chlorure de potassium et laissé reposer les tissus, la collecte des données de réactivité vasculaire est effectuée via des transducteurs de force-déplacement interfacés avec un ordinateur à l'aide d'un logiciel d'acquisition de données numériques. Généralement, les réponses de réactivité vasculaire sont évaluées à l'aide de courbes concentration-réponse qui sont réalisées en ajoutant des concentrations incrémentielles du médicament étudié. Une myriade d'informations supplémentaires sur les caractéristiques pharmacologiques et la liaison au récepteur peuvent être obtenues en utilisant l'agoniste d'intérêt en présence ou en l'absence d'un antagoniste. L'efficacité relative (EMAX) et la puissance (EC50) peuvent être calculées et comparées aux réponses dans le même tissu par d'autres agonistes ou dans des conditions environnementales différentes.

Applications des bains de tissus dans les études sur les maladies respiratoires :

            Les voies respiratoires peuvent être évaluées dans des bains de tissus afin d'étudier la réactivité vasculaire de la trachée, des bronches et des bronchioles dans les maladies respiratoires. Par exemple, Gauthier et al en 1992 ont utilisé cette technique pour étudier cinq générations de voies respiratoires d'agneaux prématurés afin d'explorer l'effet de la génération sur la structure-fonction3. Le Dr Magzoub et ses collègues ont publié un article intéressant dans le Revue canadienne de physiologie et pharmacologie dans lequel ils ont évalué l'effet de contraction potentiel de la leptine, une protéine pro-inflammatoire de la cytokine, sur le muscle lisse trachéal (TSM) isolé du cobaye, ainsi que le mécanisme d'action possible de cette hormone par in vitro expériences de bains de tissus4. Des études antérieures ont rapporté que la leptine jouait un rôle dans les affections pulmonaires réactives telles que l'asthme et qu'elle était exprimée à des niveaux plus élevés dans les bronches, les alvéoles et les voies respiratoires proximales des patients atteints de maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC)5, 6. La recherche a également découvert la contribution de la leptine à l'augmentation de la contraction du muscle lisse vasculaire coronaire7 et altération de la fonction pulmonaire via la voie des récepteurs de la leptine (Ob-R)8, 9. Après avoir nettoyé les trachées récoltées, des chaînes trachéales de même longueur ont été assemblées en suturant ensemble des anneaux cartilagineux. La réponse de réactivité vasculaire des anneaux assemblés trachéaux de la leptine seule ou avec du carbachol (CCh) a été étudiée dans des chambres d'organes via des courbes dose-réponse. Incubation avec de la leptine sur le TSM de cobaye sensibilisé aux IgE et à l'ovalbumine (OVA), qui sont connus pour imiter l'hyperréactivité des voies respiratoires10 in-vivo, a été menée pour examiner les effets de la sensibilisation active ou passive. Des cotons-tiges ont été utilisés pour enlever l'épithélium plus tard pour le groupe épithélial dénudé via le frottement de la surface luminale pour élucider l'implication du récepteur Ob-R à l'aide d'un antagoniste Ob-R.

Figure 3 : Courbes concentration-réponse cumulatives en réponse à la CCh-leptine, à l'antagoniste de la CCh-leptine-leptine et à la CCh seule sur le TSM de cobaye intact.
Figure 4 : Comparaison des effets de contraction de la leptine de la sensibilisation OVA et IgE aux bandelettes trachéales non sensibilisées

Cette étude a rapporté des effets statistiquement significatifs de contraction de la leptine dépendant de la concentration de TSM. De plus, une incubation antérieure de TSM dans de la leptine a montré une augmentation de la contractilité lors de l'ajout de CCh démontrant un effet synergique de la leptine sur la contraction induite par CCh. En présence d'antagoniste Ob-R, le pourcentage moyen de contraction de la leptine a diminué à la fois dans la trachée épithélium-dénudée et épithélium intact. Ceci traduit l'implication du récepteur Ob-R dans l'action contractante de la leptine. Étant donné que la contraction de la leptine n'a pas complètement disparu lors du blocage des récepteurs Ob-R, d'autres études sont nécessaires pour déterminer d'autres mécanismes complémentaires possibles impliqués dans les capacités de contraction de la leptine. De plus, une augmentation de la puissance de la contraction générée par la leptine a été observée de manière plus évidente avec la sensibilisation active à l'OVA qu'avec la sensibilisation passive aux IgE, ce qui suggère que ce phénomène provient de la diminution du puissant vasorelaxant oxyde nitrique et de la prostaglandine E2 (EGP2). Des conditions telles que l'obésité morbide et l'asthme avec un taux élevé de leptine circulante pourraient afficher une réactivité exacerbée des voies respiratoires en raison du rôle additif de la leptine en tant que modulateur du tonus TSM.

En conclusion, les études de réactivité vasculaire en bain de tissus sont un outil puissant in vitro méthode pertinente dans la recherche de l'influence de plusieurs agents pharmacologiques sur le tonus des muscles lisses des voies respiratoires en plus de comprendre la physiopathologie de plusieurs maladies respiratoires et de tester des traitements nouvellement développés dans les tissus cibles des voies respiratoires.

Bibliographie
  1. Jespersen, B., et coll., Mesure de la fonction des muscles lisses dans le bain de tissus isolés - applications à la recherche en pharmacologie. Journal des expériences visualisées : JoVE, 2015(95) : p. 52324-52324.
  2. Furchgott, RF et JV Zawadzki, Le rôle obligatoire des cellules endothéliales dans la relaxation du muscle lisse artériel par l'acétylcholine. Nature, 1980. 288(5789): p. 373-376.
  3. Gauthier, SP, et al., Structure-fonction des générations 0 à 4 des voies respiratoires chez l'agneau prématuré. Pédiatre Res, 1992. 31(2): p. 157-62.
  4. Magzoub, A., et al., La leptine induit un effet de contraction sur le muscle lisse trachéal du cobaye via le mécanisme du récepteur Ob-R : nouvelle preuve. Journal canadien de physiologie et pharmacologie, 2020. 98(11): p. 810-817.
  5. Ali Assad, N. et A. Sood, Leptine, adiponectine et maladies pulmonaires. Biochimie, 2012. 94(10): p. 2180-9.
  6. Barnes, PJ, Le réseau de cytokines dans l'asthme et la bronchopneumopathie chronique obstructive. J Clin Invest, 2008. 118(11): p. 3546-56.
  7. Owen, MK, et al., Le tissu adipeux périvasculaire potentialise la contraction du muscle lisse vasculaire coronaire : influence de l'obésité. Diffusion, 2013. 128(1): p. 9-18.
  8. Hansel, NN, et al., Les polymorphismes des récepteurs de la leptine et le déclin de la fonction pulmonaire dans la MPOC. Eur Respir J, 2009. 34(1): p. 103-10.
  9. Yang, Y. et T. Niu, Une méta-analyse des associations des polymorphismes LEPR Q223R et K109R avec le risque de diabète de type 2. PLoS Un, 2018. 13(1) : p. e0189366.
  10. Schmidt, D. et KF Rabe, Mécanismes immunitaires de l'hyperréactivité des muscles lisses dans l'asthme. J Allergie Clin Immunol, 2000. 105(4): p. 673-82.

     

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