Thèse soutenue

Développement d’un dispositif innovant in vitro pour l’évaluation toxicologique de xénobiotiques inhalés : Poumon/Foie

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Auteur / Autrice : Sabrina Madiedo-Podvršan
Direction : Muriel VayssadeGhislaine Lacroix
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Bio-ingénierie : Unité de Recherche en Biomécanique et Bio-ingénierie (UMR-7338)
Date : Soutenance le 07/11/2022
Etablissement(s) : Compiègne
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biomécanique et Bioingénierie / BMBI

Résumé

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L’urbanisation et la mondialisation sont des phénomènes de société qui multiplient et complexifient les sources de pollution. Parmi elles, la pollution atmosphérique impacte notablement la santé humaine à l’échelle mondiale de par son caractère transfrontière. L’appareil respiratoire est une voie d’absorption de nombreux xénobiotiques, sous forme de gaz, d’aérosols ou de nanoparticules. Une fois dans les voies respiratoires, les substances inhalées sont susceptibles d’interagir avec les cellules pulmonaires. Les mécanismes par lesquels des xénobiotiques inhalés induisent des dommages pulmonaires sont complexes, notamment en raison de l’hétérogénéité cellulaire des poumons. En raison de cette complexité, les modèles animaux constituent un outil de référence pour les études toxicologiques prédictives, cependant, dans le contexte européen de réduction de l’expérimentation animale (REACH, et les règles 3R), le développement de méthodes alternatives fiables est devenu une nécessité. Les modèles in vitro sont de bons candidats car plus simple et moins couteux à mettre en oeuvre que les modèles vivo et permettent de travailler avec des cellules ou des tissus d’origine humaine ce qui contribue à améliorer la pertinence des résultats. Cependant, l’extrapolation limitée du vitro au vivo est souvent liée à un manque de complexité des modèles, notamment en raison de l’absence de communication inter-organes. Les technologies des multi-organes sur puce cherchent à surmonter ces limitations en connectant plusieurs organoïdes métaboliquement actifs au sein d’un même circuit de culture afin de reproduire des interactions de type systémiques. Dans ce contexte, nous décrivons un modèle permettant de connecter in vitro, par le biais de la microfluidique, une barrière pulmonaire (voie d’entrée des xénobiotiques inhalés) à un organe détoxifiant tel que le foie, afin d’évaluer la toxicité liée à un stress inhalatoire de façon plus systémique. Cette approche permet de considérer la biotransformation des composés inhalés et l’interaction inter-organes comme possible modulateurs de la toxicité. Le projet étant dans les premières phase de développement, la robustesse expérimentale était au coeur du projet. L’objectif principal était de prouver qu’une substance modèle était capable de transiter dans le dispositif, au travers des deux compartiments tissulaires, afin de pouvoir étudier la dynamique inter-organes poumon/foie en condition de stress xénobiotique. Le projet a été articulé en trois phases expérimentales : - Caractérisation des réponses biologiques spécifiques aux tissus pulmonaire et hépatique en réponse à un stress. La viabilité, la fonctionnalité et les activités métaboliques des monocultures ont été évaluées après exposition à une substance modèle. - Adaptation et préparation des monocultures aux conditions de co-culture afin de préserver la viabilité et la fonctionnalité des tissus. - Les compartiments pulmonaire et hépatique ont été cultivés jointement dans un circuit de culture microfluidique fermé. La co-culture a été exposée à une substance modèle à travers la barrière pulmonaire afin d’imiter un mode d’exposition inhalatoire. Les paramètres de viabilité et de fonctionnalité des tissus ont été évalué post-culture afin de mettre en évidence quelconque phénomène d’interaction inter-organe. La caractérisation du modèle de co-culture a été réalisé grâce à l’exposition d’un agent hépatotoxique de référence, largement étudié dans la littérature : l’acétaminophène aussi connu sous le nom de paracétamol (APAP). L’exposition à la barrière pulmonaire n’est pas physiologique mais permet d’observer quantitativement le passage et la circulation du xénobiotique à travers le dispositif car l’APAP interfère avec la viabilité et les performances métaboliques hépatique, permettant ainsi de vérifier que le compartiment hépatique peut avoir accès à l’exposition effectuée à travers la barrière pulmonaire.