Une puce qui simule le poumon humain pour étudier les effets du tabagisme

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Nous savons tous depuis longtemps que le tabagisme nuit à la santé. Mais nous avons des cas de personnes qui fument pendant 70 ans ou plus de leur vie et qui meurent de causes non imputables à cette dépendance ou des cas de personnes qui n’ont jamais fumé et qui ont soudainement un cancer du poumon non traitable. Ainsi, le problème de la dépendance au tabac doit être envisagé en termes statistiques afin de mesurer les dommages réels causés par le tabagisme.

C’est pourquoi les scientifiques de Harvard ont mis au point un appareil qui fume des cigarettes de la même manière que les humains et fait passer la fumée du tabac dans un « poumon sur une puce » afin de modéliser les effets du tabagisme sur la santé.

Ces dernières années, les scientifiques ont pu recréer avec précision des modèles d’organes humains en mettant des tissus vivants sur des puces, ce qui leur permet d’étudier l’effet des médicaments et des maladies sans avoir à faire des tests sur des animaux ou des humains.

Il existe des versions d’organes sur puce pour simuler le cœur, les poumons, les intestins et le placenta. Aujourd’hui, une équipe de Harvard a conçu un appareil qui fume des cigarettes et envoie la fumée à travers des puces qui simulent les fonctions pulmonaires afin d’examiner comment cette habitude nuit à la santé.

Comme nous l’avons dit, ce n’est pas un secret que le tabagisme est nocif, mais ce qui semble difficile à faire, c’est d’étudier ses effets sur ce qu’on appelle la BPCO (broncho-pneumopathie chronique obstructive), une maladie qui entraîne un essoufflement chez ses victimes parce que leurs bronches sont enflammées dans leurs poumons.

Repliquer comment la fumée du tabac provoque et augmente les problèmes pulmonaires ne peut se faire dans une boîte de Pétri où l’on cultive généralement des cellules car elles ne peuvent pas « respirer » les toxines. D’autre part, utiliser des animaux ne résout rien non plus car leur réponse est souvent différente de celle des humains.

A partir de chercheurs qui avaient déjà fabriqué une puce qui modélisait des cellules cardiaques malades afin de pouvoir étudier de nouveaux traitements, avec la même approche, l’année dernière, une équipe de l’Institut Wyss de Harvard a modélisé des poumons présentant des maladies comme la BPCO et l’asthme. Forts de ce constat, ils ont conçu une machine qui fume des cigarettes de manière plus humaine, et la fumée est passée dans ces poumons sur puce pour voir l’interaction de manière plus réaliste.

« Afin de traduire les schémas respiratoires et le comportement tabagique observés en effets biologiques, nous combinons une puce qui reçoit la fumée d’une machine qui brûle des cigarettes (les fume) et un microbreather qui inspire et expire de petits volumes de fumée de cigarette ainsi que de l’air frais. Cela se fait à intervalles programmables émulant ainsi le comportement réel d’une personne qui fume », explique Richard Novak, co-auteur de l’étude.

Les cellules utilisées dans le modèle ont été isolées à partir d’individus en bonne santé ainsi que de personnes souffrant de BPCO. Après que les deux ont été massivement exposés à la fumée de tabac, l’équipe a ensuite pu étudier les différences entre les bronches saines et celles atteintes de BPCO.

« Nous avons identifié une signature spécifique à la BPCO en comparant les changements d’expression génétique dans les puces BPCO exposées ou non à la fumée, et avons soustrait les changements que nous avons observés dans les puces fabriquées à partir de cellules pulmonaires saines », explique Kambez H. Benam, premier auteur de l’étude. « Ce type d’analyse pourrait nous donner de futurs biomarqueurs, des cibles spécifiques pour certains médicaments, et peut-être une approche plus personnalisée de la BPCO à l’avenir », a déclaré le chercheur.

Avec ces connaissances, les chercheurs pensent pouvoir déterminer les types de cellules, les fonctions cellulaires et les gènes affectés par le tabagisme, et comment cela varie entre les poumons sains et ceux affectés par la BPCO.

« La puissance de cette technologie est qu’elle nous permet d’analyser directement les effets d’un stimulus, dans le cas de l’exposition à la fumée, sur les poumons, alors que nous pourrions très bien penser à une étude préclinique », explique Donald Ingbere, chercheur principal du projet. « Il est difficile de réaliser une étude clinique sur l’homme en comparant des patients ayant des antécédents de tabagisme et des non-fumeurs. Tous les patients ont des histoires, des antécédents et des schémas d’exposition aux stimuli différents. »

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