Caractérisation des mécanismes du battement ciliaire dans le cadre du transport mucociliaire normal et pathologique

Characterization of ciliary beat mechanisms under normal and pathological mucociliary clearance

• Auteur / Autrice : Mathieu Bottier
• Direction : Bruno Louis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur
• Date : Soutenance le 30/11/2016
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Mondor de Recherche Biomédicale (Créteil)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Louis, Marcel Filoche, Jean-François Papon, Bernard Maitre, Vincent Fleury
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Annie Viallat, François Gallet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Mouvement ciliaire

Vidéomicroscopie

Dyskinésie ciliaire primitive

Mots clés libres

Battement ciliaire

Vidéo-Microscopie haute vitesse

Modélisation

Biomécanique

Voies aériennes

Dyskinésie ciliaire

Ciliary beating

High-Speed videomicroscopy

Modelling

Biomechanics

Airways

Ciliary dyskinesia

Résumé

L'épuration mucociliaire est la première ligne de défense de l'appareil respiratoire. L'altération de l'épuration mucociliaire se traduit par une stagnation et/ou une accumulation de mucus, conduisant potentiellement à des obstructions plus ou moins partielles et à des infections chroniques des voies aériennes. On compte deux grands types d'altération de l'épuration mucociliaire. Le premier est lié aux caractéristiques du mucus, comme dans le cas de la mucoviscidose. Le deuxième est lié à des anomalies de l'ultrastructure du cil et /ou de son battement regroupées sous le terme de ''ciliopathies''qui peuvent être soit innées soit acquises.Ce travail, qui s'inscrit dans le cadre clinique de la problématique des ciliopathies respiratoires et de leur prise en charge, a pour objectif de mieux caractériser, à partir des outils de la Biomécanique, les mécanismes du battement ciliaire (incluant une mesure de l'efficacité globale du battement des cils) et à transférer ces connaissances au profit de la clinique.Pour cela une méthodologie de caractérisation systématique de la mécanique ciliaire à partir de prélèvements biologiques issus de patients observés par vidéo-microscopie à haute vitesse a été développée parallèlement au développement d'un modèle numérique intégrant le couplage entre battement ciliaire et transport de fluide. Cette association entre expériences et modèle numérique a permis de proposer un nouvel index utilisable par les cliniciens pour caractériser l'efficacité du battement ciliaire. Cet index présente l'avantage de ne pas exiger de modification de la pratique clinique concernant la collecte de données biologiques

Mucociliary clearance is the first line of defense of the respiratory tract. Alteration of this clearance leads to a stagnation and/or accumulation of mucus, potentially resulting in more or less partially obstructions and in chronic infections of the airways. There are two main types of mucociliary clearance alterations. The first one is linked to the mucus characteristics, as in cystic fibrosis. The second one is connected to cilium ultrastructure abnormalities and/or ciliary beating defects encompassed by the term of ''ciliopathies'' which may be primary or acquired.This work, which takes place in the clinical issue of respiratory ciliopathies and their care, aims to better characterize, through biomechanics tools, the mechanisms of ciliary beating (including a measurement of the global efficiency of cilia) and to transfer these knowledges in favor of the clinical management.A methodology of systematic characterization of the ciliary mechanics, from biological samples derived from patients observed through high-speed video-microscopy analysis, has been developed as the same time as the development of a numerical model incorporating the coupling between ciliary beating and fluid motion. This association between experiments and numerical model allowed to propose a new index usable by the clinicians to characterize the ciliary beating efficiency. This index has the advantage of not requiring a modification of the clinical practice of biological data collection