Hétérogénéité du mucus bronchique : étude micro- et macro-rhéologique - 25/12/21

Dans les maladies muco-obstructives telles que la mucoviscidose, la BPCO ou l’asthme sévère, la difficulté à expectorer est souvent associée à une viscoélasticité anormale du mucus. La rhéologie du sputum est utilisée comme marqueur biophysique pour tester quantitativement la condition des patients et l’efficacité des traitements. Toutefois, l’hétérogénéité des échantillons est à l’origine de nombreux biais de mesure. Nous testons une méthode pour étudier l’influence de cette hétérogénéité en comparant des mesures de rhéologie locale et globale.

Les échantillons de mucus testés sont produits par des cellules épithéliales cultivées en interface air-liquide, collectés par centrifugation douce et séparés en deux aliquots. Deux types d’analyses sont menés en parallèle. Un aliquot est ensemencé de particules muco-inertes (5μm) qui constituent des sondes rhéologiques locales. Ces sondes sont manipulées à l’aide d’une pince optique, pour obtenir les caractéristiques viscoélastiques du mucus en différents points. Les hétérogénéités spatiales sont caractérisées au microscope, par visualisation directe et/ou en fluorescence après marquage des mucines sur certains échantillons. L’autre aliquot est analysé dans sa globalité à l’aide d’un rhéomètre. Ces mesures fournissent le module viscoélastique aux petites déformations, caractéristique de la structure de l’échantillon au repos, et la contrainte au seuil d’écoulement.

Les analyses locales montrent que ces échantillons présentent une faible hétérogénéité viscoélastique, malgré une hétérogénéité spatiale visible à l’échelle de quelques dizaines de μm (débris cellulaires, hétérogénéité de composition en mucines). En outre, les valeurs rhéologiques mesurées localement et globalement sont comparables, tant aux petites déformations qu’au seuil d’écoulement. On peut donc estimer que les hétérogénéités observées sur ces échantillons ne jouent qu’un rôle marginal dans leur réponse rhéologique globale.

Notre étude valide la pertinence de l’approche micro-rhéologique, du moins tant que la taille des particules sondes est plus grande que la taille typique des pores du mucus (quelques centaines de nm). Nous cherchons maintenant à étendre cette approche à des échantillons de sputum, qui présentent des hétérogénéités plus grosses (jusqu’à quelques mm, comparables à l’échelle sondée en macro-rhéologie).