La machine fume comme un humain des cigarettes normales ou électroniques. © Fotokon, Shutterstock

Santé

Mois sans tabac : une machine fume des cigarettes pour la science

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Des chercheurs de Harvard ont mis au point une machine qui permet d'étudier les effets de la fumée de cigarette sur les cellules. Une puce modélise un poumon artificiel grâce à un microcanal recouvert d'un épithélium de cellules pulmonaires.

Fumer est dangereux pour la santé, nul n'est besoin de le rappeler en ce « mois sans tabac » où vous serez peut-être tenté d'essayer la cigarette électronique. La fumée de cigarette exacerbe la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC) et représente un facteur de risque majeur pour le cancer du poumon. Mais comment les chercheurs peuvent-ils étudier au laboratoire les effets de la cigarette - traditionnelle ou électronique - sur les poumons ?

Jusqu'à présent, les modèles utilisés n'étaient pas très adaptés. Ainsi, les cultures de cellules de poumon ne tiennent pas compte des mouvements respiratoires et elles sont généralement cultivées  dans un liquide qui ne reproduit pas fidèlement l'interface air/liquide du poumon. Les animaux de laboratoire (souris...) ne sont pas satisfaisants car ils ventilent avec le nez. Enfin, idéalement, une étude sur l'effet de la cigarette doit inclure tous les composants de la fumée et pas seulement un extrait réduit à ses composants hydrophiles, comme c'est le cas dans certaines études.

Pour toutes ces raisons, il devenait indispensable de disposer d'un nouveau modèle expérimental. C'est ce qu'ont mis au point des chercheurs de l'institut Wyss à Harvard : une machine qui fume des cigarettes (normales ou électroniques) comme un humain et renvoie la fumée sur un « micro-poumon artificiel », une puce. Ils décrivent leur machine dans un article paru dans Cell Systems.

La fumée est envoyée dans un micro-canal tapissé de cellules pulmonaires. © Benam et al. 2016, Cell Systems

Un micro-canal mime un épithélium pulmonaire

Le principe est le suivant : la machine brûle des cigarettes et un micro-respirateur inhale et exhale de petits volumes de fumée qu'il envoie dans un canal revêtu d'épithélium pulmonaire sur une puce. Les cellules proviennent soit de personnes en bonne santé soit de patients souffrant de MPOC. Le milieu de culture cellulaire est alimenté en permanence par un canal en parallèle, séparé de l'autre par une membrane poreuse : ceci crée une interface air/liquide similaire à celle présente dans les voies pulmonaires.

Grâce à ce modèle, les chercheurs ont identifié une signature spécifique de la maladie pulmonaire obstructive chronique, en comparant les changements d'expression génique dans les puces. Les chercheurs ont aussi analysé le comportement des cils qui transportent le mucus dans les voies respiratoires. Ils ont observé que leur battement devenait hétérogène et que sa fréquence était plus basse dans les puces exposées à la fumée de cigarette entière. L'équipe a aussi montré qu'elle peut utiliser cette approche pour l'étude des effets de la cigarette électronique.

Cette innovation permettra donc de mieux comprendre comment des non-fumeurs et des patients souffrant de MPOC répondent à la fumée de cigarette. Pour Kambez Benam, principal auteur de ces travaux, « ce type d'analyse pourrait conduire à de futurs biomarqueurs, des cibles de médicaments et peut-être des approches plus personnalisées de la MPOC à l'avenir ».

Interview : les dangers de la cigarette électronique, par Paul Hofman  Moins chère et peut-être moins toxique que le tabac, la cigarette électronique connait depuis quelques années un franc succès. Futura-Sciences est parti à la rencontre de Paul Hofman, directeur du laboratoire de pathologie de Nice et chercheur pionnier dans la détection du cancer du poumon, pour en savoir plus sur les risques de la cigarette électronique.