Les maladies chroniques sévères des bronches sont associées à une hypersécrétion délétère de mucus dans les voies respiratoires et une altération de la clairance mucociliaire. Nous explorons les bases mécaniques de cette altération en étudiant le couplage entre la densité et la répartition spatiale des touffes de cils qui battent, et le transport coordonné de mucus dans un modèle épithéliale in vitro. Nous utilisons un modèle épithélium totalement différenciées à l’interface air liquide (ALI) obtenu à partir de biopsies endo-bronchiques chez des sujets sains et des patients atteints d’asthme. Le phénotype de l’asthme est connu de persister dans le modèle (JACI 2012;129:1259).

Sur chaque épithélium reconstitué ALI, on mesure la concentration du mucus. On étudie les propriétés rhéologiques du mucus par microrhéologie in situ et l’activité ciliaire par vidéo-microscopie : fraction surfacique occupée par les touffes de cils battantes, fréquences de battement, zones de battements coordonnés. Le transport de mucus est caractérisé par des trajectoires et des vitesses de billes microscopiques incorporées dans la couche de mucus. Les mesures sont effectuées à 37°C sous 5 % de CO₂.

Lorsque la densité des touffes qui battent est plus élevé que dc=11/100×100μm² une spirale sphérique coordonnée du mucus transporté est observée sur l’ensemble du puits de culture (rayon=6mm). Au-dessous de dc, le transport coordonné local du mucus est observé sur de petits domaines circulaires sur la surface de l’épithélium. Nous révélons que les rayons de ces domaines varient avec la densité des touffes de cils qui battent avec une puissance de 3,7. Étonnamment, cette loi de puissance est indépendante de la fréquence de battement des cils, la concentration et les propriétés rhéologiques du mucus pour des sujets sains et des asthmatiques. Le transport rotatif ou linéaire du mucus est lié à la dispersion des touffes de cils sur la surface de l’épithélium.

Nous montrons que l’altération du transport de mucus observée dans notre modèle chez l’asthme sévère est due à un manque drastique et au dysfonctionnement de touffes de cils.