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Application du système de pléthysmographie du corps entier (WBP)

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dans l'étude de la fibrose pulmonaire

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Système de pléthysmographie du corps entier (Whole Body Plethysmography System-WBP)

Le système de pléthysmographie du corps entier peut mesurer les paramètres respiratoires d'animaux conscients et se déplaçant librement, tels que la fréquence respiratoire, le volume courant, l'hyperréactivité des voies aériennes (AHR), etc. Pendant le test, l'animal peut être conscient et non attaché, ce qui évite l'impact d'une trachéotomie et d'une anesthésie traumatisantes et simplifie le processus expérimental. Il est utilisé pour étudier la réactivité des animaux modèles respiratoires aux médicaments, ainsi que la pharmacologie et la toxicologie des médicaments respiratoires. Il est particulièrement adapté aux tests de dépistage initial rapide à grande échelle des animaux, aux études de suivi à long terme et au dépistage répété. Les systèmes de pléthysmographie du corps entier sont également utilisés dans l'étude de la fibrose pulmonaire.

Contexte

À l'heure actuelle, l'incidence et la mortalité de la fibrose pulmonaire augmentent d'année en année. Dans le même temps, les méthodes de traitement efficaces font toujours défaut dans la pratique clinique. Des études ont montré que les cellules souches mésenchymateuses peuvent traiter l'inflammation pulmonaire et atténuer la progression de la fibrose pulmonaire grâce à de multiples mécanismes, notamment les effets paracrines, le transfert de mitochondries et l'induction de la polarisation des macrophages. Cependant, la thérapie par cellules souches rencontre encore des problèmes tels que la difficulté de contrôler les cellules souches après la transplantation, la courte durée de rétention dans les poumons et le faible taux de survie.

Une nouvelle sonde multifonctionnelle au service de la thérapie des cellules souches

En réponse à ces problèmes, l'équipe du chercheur Chen Hangrong et du chercheur associé Ma Ming de l'Institut de céramique de Shanghai de l'Académie chinoise des sciences a utilisé la stratégie d'"auto-assemblage multi-échelle induit par la métalloporphyrine" pour construire une nouvelle sonde multifonctionnelle contribuant à la thérapie par cellules souches. La sonde composite comprend trois composants fonctionnels ayant un potentiel d'application clinique : la protoporphyrine de chlorure de cobalt (CoPP), les nanoparticules d'or et les nanoparticules Fe3O4 superparamagnétiques. Elle utilise la chimie click sans cuivre pour réaliser un marquage bioorthogonal efficace des cellules souches. Cette nanosonde auto-assemblée ne nécessite pas de porteurs et de surfactants supplémentaires et peut exercer efficacement les fonctions correspondantes de chaque composant à une dose plus faible. Plus précisément, les deux fonctions d'imagerie de contraste par tomodensitométrie et de manipulation magnétique de la nanosonde résolvent respectivement les problèmes de surveillance difficile et de courte durée de rétention des cellules souches dans les poumons ; la sonde améliore efficacement le taux de survie et l'effet de réparation des cellules souches en libérant lentement le médicament antioxydant CoPP dans le microenvironnement des cellules souches. En construisant un petit modèle animal de fibrose pulmonaire, il a été confirmé que, par rapport au groupe traité avec une seule cellule souche, cette thérapie multifonctionnelle à base de nanosondes auto-assemblées peut atténuer de manière significative les symptômes de la fibrose et promouvoir la récupération de la fonction pulmonaire, et qu'elle a un bon potentiel d'application clinique.

Schéma de la préparation de la sonde multifonctionnelle ; (b) Schéma de la sonde utilisée pour marquer les cellules souches et traiter la fibrose pulmonaire ; (c) Image TEM de la sonde multifonctionnelle en forme de bol ; (d) Image de champ sombre annulaire à angle élevé et image de distribution des éléments ; (e) Image microscopique de cellules souches marquées par la sonde multifonctionnelle, la flèche rouge indique les particules de la sonde à l'intérieur de la cellule.

Modèle de fibrose pulmonaire induite par la bléomycine

36 souris mâles C57BL/6 ont été acclimatées pendant 1 semaine et divisées au hasard en 6 groupes : (1) contrôle, (2) PF, (3) PF + solution saline, (4) PF + CSM, (5) PF + CSM marquées ASCP-BCN, (6) PF + CSM marquées ASCP-BCN + aimant (n = 6). La fibrose pulmonaire a été induite avec de la bléomycine (BLM). Brièvement, les souris ont été anesthésiées et le BLM (5 mg/kg) a été dissous dans 100 μL de solution saline stérile et lentement injecté dans la lumière trachéale par une canule endotrachéale. Les souris du groupe salin n'ont reçu que 100 μL de solution saline stérile. Les étapes ci-dessus ont été répétées le 7e jour après l'administration. Les CSM non marquées et les CSM marquées (1×106 cellules par souris) ont été placées dans 100 μL de solution saline et transplantées par voie intratrachéale dans les poumons des souris au 10ème jour après la première injection de BLM. Dans le groupe PF + CSM marquées ASCP-BCN + aimant, un aimant NdFeB a été fixé à la poitrine de chaque souris. Les souris ont été exécutées le 28e jour après la première injection de BLM et les tissus pulmonaires ont été prélevés.

Transplantation de cellules souches mésenchymateuses de la moelle osseuse

Le 28e jour après la première injection de BLM, les souris ont été pesées et placées dans un système de pléthysmographie du corps entier WBP pour enregistrer les données relatives à leur fonction pulmonaire. Les poumons des souris ont ensuite été prélevés en vue d'une identification ultérieure. Un lobe pulmonaire de chaque souris a été prélevé et le sang présent sur sa surface a été délicatement essuyé. Le tissu pulmonaire a été pesé et cuit à 60°C pendant 72 h. Le tissu pulmonaire sec a été pesé à nouveau et le rapport humide/sèche du poumon a été déterminé. La concentration de HYP dans le tissu pulmonaire a été détectée à l'aide du kit de détection de HYP.

Effets thérapeutiques

Effets thérapeutiques des CSM marquées à l'ASCP-BCN et de la manipulation magnétique sur la PF

(a) Schéma expérimental du traitement par CSM de la FP induite par la bléomycine chez la souris. (b-e) Fonction pulmonaire des souris sans traitement (contrôle) et du modèle de souris PF induite par la moelle osseuse avec différents traitements (solution saline, CSM, CSM marquées ASCP-BCN, et CSM marquées ASCP-BCN + manipulation magnétique) pendant 28 jours, puis terminer la première injection de moelle osseuse :

(b) Respirations par minute, (c) Capacité vitale à 50 % du débit expiratoire, (d) Débit inspiratoire maximal, (e) Débit expiratoire maximal.

(f) Contenu de HYP dans le poumon.

(g) Rapport humide/sec des poumons de chaque groupe.

(h) Images représentatives de la coloration H&E, de la coloration au trichrome de Masson et de la coloration immunohistochimique α-SMA de coupes de poumons de chaque groupe.

(i) La gravité de la FP a été évaluée par le score d'Ashcroft correspondant à la coloration H&E.

(j) La coloration au trichrome de Masson a été utilisée pour déterminer le pourcentage de la zone de dépôt de collagène pulmonaire.

(k) La coloration immunohistochimique montre le pourcentage de cellules α-SMA positives.

(l) Analyse immunoblot de l'α-SMA et du TGF-β dans les tissus pulmonaires.

(m) Niveaux d'expression relative des protéines α-SMA et TGF-β correspondantes.

L'effet thérapeutique des BMSC sur la PF

Pour évaluer la faisabilité des BMSC marquées ASCP-BCN dans le traitement de la FP, un modèle de FP de souris induit par la bléomycine (BLM) a été utilisé. L'intervention de la BLM a entraîné une diminution significative de la fonction pulmonaire chez les souris, qui s'est manifestée par une augmentation du volume minute (MV), du débit expiratoire à 50 % de la capacité vitale (EF50), du débit inspiratoire de pointe (PIF) et du débit expiratoire de pointe (PEF). La transplantation de BMSC a légèrement réduit les paramètres de la fonction pulmonaire susmentionnés. La transplantation de BMSC marquées ASCP-BCN et l'attraction magnétique ont encore amélioré les paramètres de la fonction pulmonaire susmentionnés, ce qui indique qu'elles jouent un rôle important dans la promotion de l'effet thérapeutique des BMSC. En particulier, la fréquence respiratoire et le débit inspiratoire maximal des souris dans le groupe transplanté avec des CSM marquées par ASCP-BCN et manipulation magnétique ont presque atteint ceux du groupe témoin. Plus important encore, la transplantation de CSM marquées et la manipulation magnétique ont non seulement réduit la concentration d'hydroxyproline (HYP) dans les poumons fibrotiques, mais aussi le rapport humidité/sécheresse des poumons causé par l'inflammation.

Recherche connexe

Les résultats ont été récemment publiés dans la revue Bioactive Materials (2023, 21, 129) sous le titre "Cobalt protoporphyrin-induced nano-self-assembly for CT imaging, magnetic-guidance, and antioxidative protection of stem cells in pulmonary fibrosis treatment" (nano-assemblage induit par la protoporphyrine de cobalt pour l'imagerie CT, le guidage magnétique et la protection antioxydante des cellules souches dans le traitement de la fibrose pulmonaire).

Liens connexes

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452199X22003383

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1748013220300669

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