Films biologiques et Dysfonctionnement Respiratoire – BioFiReaDy

Le projet BioFiReaDy a pour objectif l’étude des mécanismes en jeu dans le dysfonctionnement de l’appareil respiratoire et de l’efficacité du désencombrement des voies respiratoires, par une analyse quantitative de la mobilité du mucus pulmonaire. L’outil principal pour cette étude sera le calcul scientifique. Une grande partie du projet sera consacré aux configurations non pathologiques, mucoviscidose et dysfonctionnement ciliaire de l’épithélium (lors d’infections ou attaques virales chroniques, ou lors d’inhalation de produit ciliotoxiques). Néanmoins, l’altération de la mobilité du mucus concerne une large classe de pathologies (voir figure 1.2 du document scientifique). Le mucus est un fluide visco-élastique sécrété par l’épithélium respiratoire (cf. figure 1.1 du document scientifique), dont la fonction est de protéger l’arbre trachéo-bronchique de la déshydratation et de capturer les particules inhalées (allergènes, carcinogènes, poussières, micro-organismes et résidus inflammatoires) entrant en contact avec lui. Les mouvements ciliaires associés à la propulsion du film de mucus dans l’appareil respiratoire humain nettoient les voies respiratoires, le mucus se déplaçant depuis l’arbre trachéo-bronchique jusqu’au pharynx, où il est avalé ou expectoré. Une forte mobilité du film mucoïde est nécessaire afin d’assurer un désencombrement correcte et un comportement sain des voies respiratoire. Dans le cas contraire, on peut observer une prolifération des agents pathogènes dans un mucus stagnant, ou encore une pénétration à travers la membrane des agents pathogènes dans le cas d’une absence de film de mucus. La qualité de son déplacement peut être affectée par son épaisseur, sa rhéométrie, la géométrie, les caractéristiques de la vibration épithéliale (mouvement des cils) ou encore par une modification du cycle respiratoire. La méthodologie suivie pour cette étude sera principalement l’utilisation du calcul scientifique pour la simulation des écoulements de fluides biologiques multiphasiques. Le film de mucus est de l’échelle du micromètre, tandis que l’ordre de grandeur des cils de l’épithélium est du nanomètre, et la circulation de l’air saturé en humidité va du millimètre au centimètre. Le projet s’intéressera à la méthodologie du couplage efficace entre ces différentes échelles. Ce projet est porté par l'Institut de Mathématique de Toulouse, et implique des membres du CHU Toulouse-Larrey, des Laboratoiire Jean Kuntzmann (Grenoble I) et Jacques-Louis Lions (Université Paris VI et équipe INRIA REO), ainsi que la School of Natural Science, University of California Merced (USA).