Multi-scale rheology of pathological pulmonary mucus

Rhéologie multi-échelle du mucus pulmonaire pathologique Le mucus pulmonaire joue un rôle crucial dans le système respiratoire en protégeant la santé des voies respiratoires. Le mucus sert de barrière physique qui capture les particules inhalées et les agents pathogènes les empêchant d'atteindre les tissus pulmonaires. L'élimination ultérieure du mucus ainsi que des particules piégées et des agents pathogènes se produit par le battement de structures ressemblant à des cheveux appelées cils qui tapissent les voies respiratoires. Cette clairance mucociliaire évite la colonisation bactérienne et l'infection. Le mucus des maladies muco-obstructives telles que la mucoviscidose et la dilatation des bronches (DDB) est épais et collant. La haute viscoélasticité du mucus pathologique affecte sa capacité à être évacuée efficacement. Par conséquent, le mucus a tendance à rester bloqué dans les voies respiratoires, favorisant les infections chroniques.Cette thèse vise à comprendre les mécanismes impliqués dans la rhéologie des expectorations des patients de mucoviscidose et DDB. Pour atteindre cet objectif, nous avons d'abord développé et publié un protocole robuste pour manipuler et stocker des échantillons d'expectorations avant la rhéométrie. Les expectorations se sont avérés extrêmement sensibles aux températures élevées et aux effets du vieillissement. Au contraire, la congélation et la conservation des échantillons à -80 °C ne présentent aucune influence sur leur rhéologie. De plus, le vortex réduit l'hétérogénéité des expectorations, diminuant la variabilité entre les aliquotes. Nous avons donc approuvé un protocole simple et fiable dans lequel les échantillons peuvent être congelés et conservés à -80°C après élimination de la salive et vortex.Ensuite, nous avons systématiquement mesuré la macrorhéologie des expectorations. Nous avons identifié des caractéristiques rhéologiques distinctes entre les échantillons purulents et mucoïdes, motivant le développement d'une technique indépendante de l'utilisateur basée sur le traitement d'image pour quantifier avec précision la purulence.Premièrement, la concentration solide est corrélée à la purulence et à la rhéologie des expectorations. G* présente une augmentation drastique avec le contenu organique alors que la concentration en sel ne semble pas avoir d'impact significatif sur ses propriétés mécaniques.Deuxièmement, nos observations révèlent des différences entre les échantillons purulents et mucoïdes en ce qui concerne l’inflammation. Les expectorations purulentes présentent une augmentation significative de G* avec un nombre de neutrophiles plus élevé. Cependant, contre-intuitivement, les échantillons mucoïdes présentent une diminution de la viscoélasticité en présence des neutrophiles. De plus, nous avons constaté que le recrutement des neutrophiles n'est pas lié à la quantité globale de bactéries mais plutôt à des colonies bactériennes spécifiques. Les expectorations majoritairement colonisées par les mucoïdes p. aeruginosa ou contenant h. influenzae présentait un nombre de neutrophiles plus élevé, entraînant des expectorations purulentes avec une viscoélasticité prononcée. De plus, nous avons observé que les patients souffrant d'affections pulmonaires sévères et d'un stress critique supérieur à 20 Pa ont des échantillons très purulents.Enfin, nous montrons l'influence significative de la purulence sur la capacité de récupération des crachats suite à un effort important. Bien que tous les échantillons aient connu une diminution de leurs propriétés d'écoulement, la restauration de G* n’est pas complète. Les expectorations purulentes ont montré une réduction de leur G*, tandis que les expectorations mucoïdes ont montré une augmentation. De plus, leur évolution temporelle diffère notablement, les échantillons purulents perdant la moitié de G* dans les 6 premières heures, alors que les expectorations mucoïdes restent inchangées sur 24 heures.