Développement de modèles cellulaires in vitro mimant l’épithélium pulmonaire pour l’étude des interactions hôte-pathogène
Résumé
Les maladies respiratoires sont la principale cause de décès parmi les maladies transmissibles chez l’Homme, et ont aussi un impact très fort en santé animale, particulièrement dans les élevages, et notamment bovins. Une meilleure connaissance des mécanismes des infections respiratoires, tant chez l’humain que chez le bovin, est indispensable à acquérir pour mieux combattre et prévenir la transmission de ces pathogènes dans une espèce ou entre les espèces. La récente pandémie de COVID-19, démarrée en 2019, en est l’illustration, et a mis en lumière la nécessité de développer des modèles pertinents pour l’étude des interactions hôte-pathogènes chez l’Homme et l’animal. Les modèles cellulaires existants reposent très souvent sur l’utilisation de lignées cellulaires qui, si elles offrent une simplicité de manipulation et un nombre élevé de réplicats, sont peu représentatives de la complexité du tissu étudié. Il est nécessaire d’améliorer la pertinence de ces modèles in vitro pour se rapprocher du tissu pulmonaire afin de mimer au mieux sa physiologie et ainsi diminuer le recours à l’expérimentation animale en respect du principe des 3R (Réduire, Remplacer, Raffiner). Dans ce contexte, en collaboration avec différentes équipes impliquées dans l’étude des infections respiratoires, les objectifs de mon diplôme EPHE ont été de développer des modèles d’épithéliums pulmonaires physiologiques complexes et d’étudier l’infection de ces modèles par des agents biologiques problématiques en santé humaine et/ou animale. Pour l’établissement de ces modèles, plusieurs sources de cellules ont été explorées : des cellules souches pluripotentes induites, puis les cellules progénitrices présentes dans le poumon mature, jusqu’aux cellules fœtales animales. Les cellules progénitrices humaines, issues de tissus pulmonaires matures, nous ont permis de développer les modèles cellulaires en interface Air-Liquide (ALI), représentatifs de l’épithélium respiratoire dans sa diversité de types cellulaires et ses fonctionnalités (mucus, activité ciliaire). L’infection des modèles par 2 souches virales du SARS-CoV-2 a confirmé les cellules cibles des voies aériennes et alvéolaires et mis en lumière les cellules basales comme autre cible potentielle. Dans l’objectif de proposer de nouvelles approches thérapeutiques, la molécule Camostat mésilate a été formulée en nanoparticules (NP) et a montré une efficacité antivirale similaire à la forme libre, ce qui permet d’envisager cette formulation pour mettre en place un traitement de l’infection localisé. Le modèle bovin en ALI a été développé à partir de cellules pulmonaires fœtales amplifiées préalablement en organoïdes. Un stock de cellules progénitrices a pu ainsi être constitué. Après différenciation en ALI, plusieurs types de cellules spécialisées et fonctionnelles des voies aériennes et alvéolaires ont été identifiés. Le modèle a permis de reproduire l’infection de différents pathogènes impliqués dans la maladie du Complexe Respiratoire Bovin (CRB). La réponse inflammatoire et immunitaire innée induite par l’infection de RSV bovin a été caractérisée dans le tapis épithélial. Les épithéliums bovins ont également permis l’étude de l’infection bactérienne par Mycoplasma Bovis (souche pathogène) et Mycoplasma bovirhinis (souche commensale). Nous avons pu mettre en évidence que la souche pathogène infecte les cellules ciliées et les pneumocytes de type I, tandis que Mycoplasma bovirhinis ne se développe que dans le milieu extracellulaire tout en adhérant à la surface des cellules. Ce travail illustre tout le potentiel de ces modèles in vitro innovants et pertinents qui permettent l’étude de nouveaux pathogènes respiratoires émergents.