Modèle de Lab-on-Chip de la clairance mucociliaire pour le traitement des maladies pulmonaires inflammatoires – MucOnChip

Des études épidémiologiques récentes font état d'environ 4 millions de décès par an dans le monde pour les maladies pulmonaires inflammatoires, qui sont l'asthme, la bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO), la fibrose pulmonaire et certains stades tardifs de l'infection par le COVID-19. Ce chiffre, comparé aux 1.8 million de décès dus à l'infection par le SRAS-CoV-2 en 2020, souligne l'impact actuel des maladies pulmonaires inflammatoires dans le monde. Aujourd'hui, les progrès des formulations sous forme d’aérosol et des dispositifs d'inhalation ont permis de faire des avancées dans le traitement de ces pathologies. Cependant, les données mentionnées précédemment montrent que des traitements innovants sont encore nécessaires, notamment pour améliorer l'efficacité de l'administration localisée des médicaments dans les poumons. Les bénéfices attendus auront un impact majeur sur le résultat clinique des patients, en ralentissant la progression de la maladie ou en retardant l'utilisation de traitements multiples en cas d’aggravation. MucOnChip relève un défi de santé publique en proposant une approche originale du criblage des formulations de médicaments anti-inflammatoires destinés à être administrés par inhalation dans les poumons. Pour cela, il est nécessaire de surmonter un obstacle conceptuel commun à la plupart des thérapies à base d’aérosols inhalés. D'une part, la taille optimale des particules pour les vecteurs médicamenteux ciblant la région bronchique est d'environ 1-5 µm et d'autre part, les microcavités du mucus sont telles que les particules de médicaments sont arrêtées et éliminées par le mécanisme de défense de la clairance mucociliaire. Le contournement du mécanisme de défense mucociliaire dans les poumons par l'utilisation d’agents thérapeutiques intelligents est au cœur de notre projet, et son succès pourrait ouvrir des portes pour le traitement de troubles pulmonaires au-delà des pathologies évoquées.

Dans ce projet, nous concevons des agents thérapeutiques à base de corticostéroïdes combinant les avantages des nano- et microparticules, c'est-à-dire que par inhalation, ces microparticules se déposeront principalement dans les bronches et se dissoudront au contact du mucus, ce qui entrainera une libération de nanoparticules de corticostéroïdes capables de diffuser à travers le mucus et d'atteindre l’épithélium bronchique. La deuxième contribution importante du projet est que ces agents thérapeutiques synthétisés seront testés dans des conditions proches de la vie réelle sans passer par des études sur petit animal. Pour cela, nous fabriquerons une micropuce capable d'induire le transport de mucus à sa surface, comme dans les bronches, et nous étudierons in situ, à l'aide de la microscopie optique, comment les particules de médicament transloquent à travers la couche de mucus.

Le dispositif microfluidique mimant la clairance mucociliaire qui sera développé ici est complémentaire des expériences réalisées In Vitro sur des épithéliums pulmonaires et In Vivo sur des petits animaux. Il présente par ailleurs des avantages importants: il ne nécessite pas d'environnement spécifique de biologie cellulaire, il est plus éthique et son coût est très compétitif. Ces différences devraient rendre notre technique très attractive pour de nombreux acteurs du domaine, notamment ceux de l'industrie pharmaceutique et des nanotechnologies. Plus généralement, MucOnChip aura un impact sur notre compréhension de l'interaction des microparticules et du criblage des médicaments avec le système de clairance mucociliaire, ce qui est d'une importance cruciale pour le développement de la nanomédecine pulmonaire. Ces connaissances ont donc de grandes chances d'avoir des applications industrielles en développant des systèmes innovants pour des produits médicaux et industriels pertinents.