In-vivo dynamic 3D phase-contrast microscopy : a novel tool to investigate the mechanisms of ventilator induced lung injury

Microscopie 3D dynamique in-vivo en contraste de phase : un nouvel outil pour étudier les lésions pulmonaires induites par la ventilation mécanique La ventilation mécanique expose les poumons à des contraintes mécaniques pouvant causer ou aggraver des lésions chez les patients présentant une insuffisance respiratoire aiguë; ce phénomène est appelé Ventilator Induced Lung Injury (VILI). Les mécanismes exacts par lesquels le VILI est initié et entretenu au niveau acinaire restent inconnus : les hypothèses principales se basent sur une distension excessive des tissus (volotraumatisme) et une réouverture cyclique des régions collabées (atélectrauma). Le lien entre la contrainte mécanique sur le tissu alvéolaire, et la réponse inflammatoire à un stade précoce de la lésion, n'est toujours pas connu. Le manque de techniques fournissant des informations in-vivo à l'échelle alvéolaire sur la manière dont la ventilation mécanique déforme le parenchyme pulmonaire, constitue un verrou technologique pour la recherche. Les progrès récents de la microscopie 3D au rayons X en contraste de phase, obtenus dans des installations de rayonnement synchrotron, ont montré la possibilité d’imager des poumons in-vivo à l’échelle des voies respiratoires terminales et des alvéoles. Cependant, aucune des techniques disponibles ne permet de reconstruire complètement les déformations complexes du parenchyme pulmonaire induites par les contractions cardiaques et la ventilation mécanique. Pour surmonter cette limitation, un protocole d'acquisition d'imagerie tomodensitométrique, basé sur la synchronisation du ventilateur mécanique et de l'activité cardiaque, a été développé. Cela nous a permis de reconstruire le mouvement du parenchyme pulmonaire avec une taille de voxel de 20 µm ce qui s’est avéré suffisant pour visualiser les voies respiratoires terminales mais pas la structure alvéolaire. Ce protocole a été appliqué à un modèle de VILI chez le lapin. L’atélectrauma a ainsi été quantifié pendant le cycle respiratoire. Nous avons pu mettre en évidence une hétérogénéité des pressions d'ouverture et de fermeture des espaces aériens à la fois au sein d’un même poumon, et entre les animaux. L’analyse histologique mené en aveugle par un anatomopathologiste, a montré une corrélation spatiale entre l’atélectrauma et les lésions alvéolaires (p = 0,007). Par ailleurs, une corrélation spatiale entre atélectrauma et infiltration cellulaire a également été observée (p = 0,04). La technique d'acquisition d’images a été améliorée afin d’obtenir une taille de voxel de 6 µm, ce qui a permis de visualiser les structures alvéolaires. Bien que cette résolution spatiale soit encore limitée pour l’étude des parois alvéolaires minces (10 µm), il s’agit, à notre connaissance, de la résolution spatiale la plus élevée obtenue à ce jour en microscopie 3D dynamique in-vivo. Cette technique permettra d’étudier la déformation du parenchyme pulmonaire et constitue une étape importante vers l’étude in-vivo du VILI à l’échelle alvéolaire.