Schéma de principe de la puce alvéolaire (en haut à gauche), photographie de la puce (en haut au milieu), dessin CAO de la structure alvéolaire multigénérationnelle (en haut à droite) et deux modèles d'écoulement typiques dans la puce alvéolaire (en bas). Crédit :Yonggang Zhu
Les alvéoles sont les unités fonctionnelles de base du système respiratoire humain, agissant comme de minuscules sacs aériens qui échangent des gaz. L'air inhalé par la bouche et le nez s'écoule dans les poumons à travers la structure ramifiée des bronches, et les alvéoles apparaissent dans les sections profondes de ce réseau.
Pour bien comprendre et traiter les maladies respiratoires, il est important de déterminer le schéma d'écoulement de l'air et des particules à travers les alvéoles. En Biomicrofluidique , des scientifiques de l'Institut de technologie de Harbin en Chine ont créé un modèle de système alvéolaire qui imite l'action respiratoire du poumon humain et permet de visualiser les modèles de flux dans les alvéoles.
Les chercheurs ont conçu une puce qui comprend des tubes disposés comme la structure d'un point de bifurcation dans le réseau bronchique. La couche supérieure de la puce est constituée d'un polymère souple moulé en petits tubes qui imitent la structure alvéolaire. La couche inférieure est en verre, ce qui permet aux auteurs de visualiser l'écoulement du fluide à travers les tubes.
Pour imiter la respiration, les scientifiques ont conçu un système dans lequel le gaz était pressurisé de manière sinusoïdale et pompé autour des tubes flexibles. Cela crée un cycle d'inspiration et d'expiration semblable à une respiration. Pour étudier les schémas d'écoulement dans le système, le groupe a ajouté de petites sphères de polystyrène rouge au fluide circulant dans les tubes. Ces sphères leur ont permis de photographier le mouvement du fluide alors qu'il était poussé à travers les tubes par l'appareil respiratoire artificiel.
Les branches suivantes du réseau bronchique sont appelées générations, et l'équipe a trouvé différents modèles de flux pour différentes générations. Dans le poumon humain, les alvéoles apparaissent à la 15e génération et restent présentes jusqu'à la 23e génération. Les chercheurs ont constaté un changement dans le schéma d'écoulement entre la 19e-20e et la 21e-22e génération.
"Le modèle de flux alvéolaire de la 19e génération est dominé par le flux vortex", a déclaré l'auteur Yonggang Zhu. "Les schémas de flux alvéolaires de la 20e génération sont similaires à ceux de la 19e, mais quelque peu compressés."
Les enquêteurs ont observé un changement dans la génération suivante.
"Le modèle d'écoulement alvéolaire de la 21e génération a à la fois un écoulement vortex et un écoulement radial. La région vortex est beaucoup plus petite que la région d'écoulement radial. Au moment où l'écoulement atteint la 22e génération, l'écoulement vortex disparaît complètement et nous n'observons qu'un écoulement radial. ", a déclaré Zhu.
Les auteurs ont également trouvé des preuves d'un comportement chaotique près du centre du vortex. Ils ont déclaré que des recherches supplémentaires étaient nécessaires pour bien comprendre cela, mais ils ont estimé que l'étude actuelle fournit une bonne base pour des enquêtes plus approfondies.
Avec le modèle, les chercheurs pourront étudier les changements dans les modèles de flux dans les alvéoles dus à des maladies telles que l'emphysème et la MPOC.
L'article "Microflux dans les cellules alvéolaires de deux générations à une bifurcation acineuse" est rédigé par Yue Yang, Weitao Bai, Jun Dong, Huimin Lv et Yonggang Zhu. L'article paraîtra dans Biomicrofluidique le 6 septembre 2022. + Explorer plus loin
