Centre de ressources sur les coupes de poumon de précision (PCLS)

1. Contexte et importance

Les tranches de poumon coupées avec précision (PCLS) sont devenues une solution précieuse ex vivo modèle pour l'étude de la biologie et des maladies pulmonaires en raison de leur capacité à conserver l'architecture tissulaire native, la composition cellulaire et le microenvironnement du poumon. Le PCLS offre un terrain d'entente entre in vitro cultures cellulaires et in vivo modèles, offrant une plate-forme pour des conditions expérimentales contrôlées tout en préservant la complexité du tissu pulmonaire. Ce modèle s'est avéré particulièrement utile pour l'étude des maladies respiratoires, de la pharmacologie, de la toxicologie et de la dynamique des maladies infectieuses, ainsi que pour l'étude des processus physiologiques tels que l'inflammation, la réponse immunitaire et le remodelage tissulaire.

L'importance de la PCLS en tant qu'outil de recherche est encore renforcée par le besoin croissant de développer des alternatives aux tests sur les animaux. La demande de réduction, d'affinement et de remplacement (3R) de l'utilisation des animaux dans la recherche scientifique est de plus en plus satisfaite par la PCLS, qui permet des études répétées sur le même échantillon pulmonaire, minimisant ainsi efficacement l'utilisation des animaux. De plus, la PCLS fournit des informations sur la physiologie pulmonaire humaine en permettant une expérimentation directe sur des tissus d'origine humaine, ce qui en fait un outil puissant pour la recherche translationnelle et personnalisée.

2. Principes du PCLS

Le principe de la PCLS est d'obtenir des tranches fines et uniformes de tissu pulmonaire qui conservent leur viabilité et leur fonctionnalité pendant une période donnée dans un environnement de laboratoire contrôlé. En préservant l'architecture cellulaire complexe et les interactions naturelles au sein du tissu pulmonaire, la PCLS permet aux chercheurs d'étudier les réponses cellulaires, les changements structurels et les réactions spécifiques aux tissus d'une manière qui ressemble étroitement à in vivo conditions.

Pour ce faire, le tissu pulmonaire est d'abord préparé de manière à préserver son intégrité. Les poumons sont généralement gonflés pour garantir que la structure alvéolaire est entièrement déployée, ce qui est essentiel pour reproduire avec précision l'état naturel du poumon. Le tissu est ensuite intégré dans un milieu, souvent de l'agarose, qui fournit un support structurel pour maintenir la forme et l'architecture pendant le découpage. Des instruments de coupe de précision, tels que des microtomes vibrants, sont utilisés pour obtenir des tranches fines, généralement comprises entre 100 et 500 microns d'épaisseur. Cette uniformité dans l'épaisseur des tranches garantit une exposition constante des cellules aux milieux ou aux composés d'essai, ce qui permet une reproductibilité entre les expériences.

3. Préparation du PCLS

La préparation du PCLS implique plusieurs étapes critiques pour garantir que les tranches sont viables, structurellement intactes et fonctionnellement représentatives du poumon natif.

• Récolte: Pour les PCLS d'origine animale, les poumons sont généralement prélevés sur des animaux euthanasiés, généralement des rongeurs, dans des conditions aseptiques. Les PCLS humaines peuvent être obtenues à partir de biopsies chirurgicales, d'explants ou d'échantillons post-mortem avec consentement.
• Inflation: Après l'excision, les poumons sont gonflés avec une solution saline physiologique ou un milieu de culture, souvent mélangé à une substance de soutien telle que l'agarose à bas point de fusion. Le gonflement stabilise les espaces alvéolaires et les structures bronchiques, garantissant que les coupes reflètent l'état fonctionnel du poumon.
• Intégration: Une fois gonflé, le tissu pulmonaire est intégré dans une matrice d'agarose pour stabiliser davantage le tissu pendant le découpage. Le bloc poumon-agarose est refroidi pour solidifier la matrice, créant ainsi une structure semi-rigide.
• Sectionnement : Des instruments de coupe de précision, comme un microtome vibrant ou une trancheuse à tissu, sont utilisés pour couper des tranches fines et uniformes du tissu pulmonaire intégré. L'épaisseur des tranches est soigneusement contrôlée, car elle a un impact sur la viabilité des tissus, la diffusion de l'oxygène et des nutriments et l'exposition aux agents de test.
• Milieu de culture : Après le découpage, le PCLS est cultivé dans un milieu qui fournit des nutriments et imite l'environnement du poumon. Les milieux de culture courants sont complétés par des nutriments essentiels, des antibiotiques et, si nécessaire, des facteurs de croissance spécifiques ou des molécules de signalisation pour maintenir la viabilité des tissus.
• Oxygénation et contrôle de la température : Une oxygénation et un contrôle de la température adéquats sont essentiels, car le tissu pulmonaire est sensible à l'hypoxie et aux fluctuations de température. Une condition de culture typique consiste à maintenir les tranches dans un incubateur réglé à 37 °C avec 5 % de CO₂.
• Test de viabilité : L'activité métabolique et l'intégrité des coupes pulmonaires sont souvent évaluées à l'aide de tests tels que les tests MTT ou LDH. Ces tests évaluent respectivement l'activité mitochondriale et l'intégrité membranaire, indiquant la viabilité des cellules dans les coupes.
• Tests fonctionnels : Des tests fonctionnels, notamment la production de cytokines, les mesures de contractilité et l'imagerie des réponses des cellules immunitaires, sont utilisés pour vérifier que le PCLS conserve les réponses physiologiques attendues pendant la période de culture.

Voici deux excellents articles de synthèse récents pour vous aider à démarrer :

• Coupes de poumons de précision : un modèle ex vivo intégré pour l'étude de la physiologie pulmonaire, de la pharmacologie, de la pathogenèse des maladies et de la découverte de médicaments. (2024). Koziol-White, C., et al. Respiratory Research, 25(231)
• Perspectives sur les coupes de poumon de précision : des outils puissants pour l'étude des mécanismes et des cibles thérapeutiques dans les maladies pulmonaires. (2023). Lam, M., et al. Frontiers in Pharmacology, 14 : 1162889