Rôle des coupes de poumon de précision (PCLS) dans l'avancement de la recherche préclinique sur la BPCO
La bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO) est un problème de santé mondial caractérisé par une limitation persistante du débit d'air et des lésions pulmonaires progressives. Malgré des recherches approfondies, la transposition des résultats du laboratoire au chevet du patient reste un défi. Les coupes pulmonaires de précision (PCLS) sont devenues un outil polyvalent dans la recherche sur la BPCO, offrant des avantages uniques pour comprendre les mécanismes de la maladie et tester les interventions thérapeutiques. En décomposant leurs diverses applications, ce blog met en évidence la valeur essentielle des PCLS pour répondre aux besoins non satisfaits de la recherche et du développement de thérapies sur la BPCO.
Applications du PCLS dans la recherche sur la BPCO
Contractilité et hyperréactivité des voies respiratoires
La contractilité altérée des muscles lisses des voies aériennes et l'hyperréactivité des petites voies aériennes sont des caractéristiques caractéristiques de la BPCO. Des études utilisant la PCLS ont fourni des informations précieuses sur ces mécanismes :
- Contractilité et rigidité altérées: Su et al. (2013) et An et coll. (2012) ont souligné comment une relaxation altérée et une contractilité altérée contribuent à la pathogenèse de la BPCO.
- Modélisation de l'hyperréactivité des petites voies respiratoires: Modèles PCLS humains et cobayes (Maarsingh et al., 2019; Van Der Koog, 2023) ont démontré une hyperréactivité des voies respiratoires dans la BPCO. Perturbation parenchymateuse induite par l'élastase dans le PCLS murin (Van Dijk et al., 2017) propose un modèle animal pour étudier la progression de la BPCO.
- Exposition à la fumée de cigarette:Les PCLS exposés au condensat de fumée de cigarette imitent les résultats pertinents pour la BPCO tels que la contractilité des voies respiratoires et des vaisseaux chez les rongeurs, les singes rhésus et les modèles humains (Moreno, 2006; Wright, 2008). De plus, plusieurs études (Danov et al 2020, Obernolte et al 2019) ont utilisé le expoCube pour délivrer de la fumée de cigarette au PCLS afin de supprimer les réponses des cytokines antivirales et de perturber les fonctions de barrière épithéliale.
Imagerie calcique
La signalisation calcique joue un rôle essentiel dans la contraction des muscles lisses des voies respiratoires et dans les réponses inflammatoires dans la BPCO. La PCLS permet une imagerie en temps réel du flux calcique, offrant ainsi des informations sur les processus physiopathologiques et les cibles thérapeutiques potentielles.
Analyses histologiques et morphométriques
Le PCLS préserve l’intégrité structurelle du tissu pulmonaire, permettant des évaluations histologiques détaillées :
- Pathologie des voies respiratoires et alvéolaires: Des études comme Kim et al. (2023) évaluer le rétrécissement des voies respiratoires, la destruction alvéolaire et l'hypersécrétion de mucus dans le PCLS dérivé de la BPCO.
- Découverte de médicament: Uhl et al. (2015) et Skronska-Wasek (2017) ont démontré le potentiel de l'activation pharmacologique de la signalisation Wnt/β-caténine pour initier la réparation épithéliale dans les PCLS dérivés de la BPCO.
- Reconstruction 3D:Techniques d'imagerie avancées, telles que celles utilisées par Al-Safadi (2020), permettre la visualisation de la coloration du collagène I et de l'E-cadhérine dans les explants sains et BPCO.
- Fonction ciliaire : La fréquence de battement des cils altérée est une caractéristique de la BPCO qui contribue à une mauvaise clairance mucociliaire. Les modèles PCLS ont montré :
- Cils dysfonctionnels dans la BPCO: Des études comme Thomas (2021 ans) et Ancel (2021) a mis en évidence la fréquence réduite des battements ciliaires chez les patients atteints de BPCO.
- Modèles de maladies infectieuses: Li et al. (2024) ont exploré le dysfonctionnement des cils chez les PCLS exposés à des agents infectieux.
Modulation immunitaire
La réponse immunitaire dans la BPCO est un domaine d'étude essentiel. Grâce à la PCLS, les chercheurs ont pu :
- Ils ont étudié le rôle de l'activation du récepteur Toll-like 3 dans la sécrétion de cytokines (Cooper, 2009).
- Étude des voies inflammatoires liées aux exacerbations de la BPCO.
Études métaboliques
Les PCLS fournissent une plateforme pour examiner le métabolisme pulmonaire dans la BPCO. Yilmaz et al. (2019) ont évalué les activités enzymatiques de phase I et de phase II dans le PCLS du rat et de l'homme, mettant en évidence les altérations métaboliques dans la BPCO.
Production et sécrétion de mucus
Les modèles PCLS imitent l’expression et la sécrétion de mucines (par exemple, MUC5B, MUC5AC) observées dans les voies respiratoires de la BPCO. Hoang, et al (2022) a démontré comment le PCLS humain peut servir de plate-forme pour étudier l’hypersécrétion de mucus et sa régulation.
Pour aller plus loin
La polyvalence des PCLS en fait un outil indispensable pour la recherche préclinique sur la BPCO. Leurs applications s'étendent de la modélisation de la maladie au dépistage thérapeutique, comblant ainsi les lacunes de la recherche translationnelle. Les principales opportunités comprennent :
- Élargir l’utilisation des PCLS d’origine humaine pour identifier de nouveaux biomarqueurs et valider les thérapies.
- Améliorer les techniques d'imagerie 3D pour une meilleure visualisation de la pathologie des maladies.
- Intégration des études PCLS aux approches omiques pour découvrir les mécanismes moléculaires.
Références
- Dysfonctionnement des muscles lisses des voies respiratoires dans la BPCO. (2013). Su, Y. Signalisation du calcium dans les cellules musculaires lisses des voies respiratoires, pp441-457
- L'activation de TAS2R favorise la relaxation des muscles lisses des voies respiratoires malgré la tachyphylaxie des récepteurs β(2)-adrénergiques. (2012). Revue américaine de physiologie. Physiologie cellulaire et moléculaire pulmonaire, 08 juin 2012, 303(4):L304-11
- https://doi.org/10.1152/ajplung.00126.2012
- Hyperréactivité des petites voies aériennes dans la BPCO : relation entre structure et fonction dans les coupes pulmonaires. (2019). Maarsingh, H., et al. Physiologie cellulaire et moléculaire pulmonaire, 316(3): 547-546
- Les vésicules extracellulaires et les facteurs solubles sécrétés par les fibroblastes pulmonaires ont un effet protecteur sur l'emphysème induit par l'élastase dans des tranches de poumon coupées avec précision. (2023). ATS 2023, nouvelles perspectives sur la bronchopneumopathie chronique obstructive
- Perturbation parenchymateuse induite par l'élastase et hyperréactivité des voies respiratoires dans des tranches de poumon coupées avec précision chez la souris : vers un modèle de BPCO ex vivo. (2017). Van Dijk, EM, et al. Frontières Physiologie, 7, https://doi.org/10.3389/fphys.2016.00657
- Pharmacologie des voies aériennes et des vaisseaux dans des coupes pulmonaires in situ : rôle des hormones dilatatrices endogènes. (2006). Recherche respiratoire 7(111)
- L'exposition à court terme à la fumée de cigarette induit un dysfonctionnement endothélial dans les petites artères intrapulmonaires : analyse utilisant des tranches de poumon coupées avec précision sur du cobaye. (2008). Wright, JL, et Churg, A., et al. Journal de physiologie appliquée, 104(5): 1462-1469
- La fumée de cigarette affecte les populations de cellules dendritiques, la fonction de barrière épithéliale et la réponse immunitaire à l’infection virale par le virus H1N1. (2020). Danov, O., et al. Devant. Méd. 7. https://doi.org/10.3389/fmed.2020.571003
- La fumée de cigarette a induit des changements physiopathologiques dans la matrice extracellulaire, mais pas d'inflammation comme événements précoces dans le tissu pulmonaire humain frais. (2018). Obernolte, H., et al. Le toxicologue, SOT 2019
- Rigidité multi-échelle de tranches de poumon emphysémateux humain coupées avec précision. (2023). Kim, JH, et al. Progrès scientifiques, 9(20), DOI: 10.1126/sciadv.adf2535
- Validation préclinique et imagerie de la réparation induite par Wnt dans les cultures de tissus pulmonaires humains en 3D. (2015). Uhl, FE, et al. Eur Respir J. 46(4): 1150-66. est ce que je: 10.1183/09031936.00183214
- L’expression réduite du récepteur Frizzled 4 empêche la réparation pulmonaire alvéolaire induite par WNT/β-caténine dans la bronchopneumopathie chronique obstructive. (2017). Skronska-Wasek, W. et coll. Revue américaine de médecine respiratoire et de soins intensifs, 192(2) : https://doi.org/10.1164/rccm.201605-0904OC
- Applications et approches pour des coupes pulmonaires tridimensionnelles de précision. Modélisation des maladies et découverte de médicaments. (2020). Alsafadi, HN, et al. Journal américain de biologie cellulaire et moléculaire respiratoire, 62(6), https://doi.org/10.1165/rcmb.2019-0276TR
- Les cils bronchiques dysfonctionnels sont une caractéristique de la bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO). (2021). Thomas, B., et al. Journal de la BPCO, 18(6): 657-633
- Altération de la fréquence des battements ciliaires et altération de la ciliogenèse au cours de la différenciation des cellules épithéliales des voies respiratoires dans la BPCO. (2021). Ancel, J., et al. Diagnostic, 11(9), 1579; https://doi.org/10.3390/diagnostics11091579
- Tranches de tissu pulmonaire porcin : un modèle de culture pour l'infection par le PRCV et les études sur la réponse immunitaire innée. (2024). Li, S., et al. AMB Express, 14(57)
- L'activation du TLR3 stimule la sécrétion de cytokines sans altérer la contraction ou la relaxation des petites voies respiratoires humaines induites par l'agoniste. (2009). Cooper, PR, et al. Physiologie cellulaire et moléculaire pulmonaire, 297(3): 530-537
- Comparaison du métabolisme pulmonaire du rat et de l'homme à l'aide de tranches pulmonaires coupées avec précision (PCLS). (2019). Yildiz, Y., et al. Lettre sur le métabolisme des médicaments, 13(1), https://doi.org/10.2174/1872312812666181022114622
- Expression de la mucine dans des tranches de poumon humain découpées avec précision. (2022). Hoang, ON et al. Am J Respir Crit Care Med, 205 : A5653
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