Les biofilms sont des communautés de bactéries très résistantes qui posent un défi majeur dans le traitement des infections. Alors que l’étude de la formation de biofilms dans des conditions de laboratoire a été largement menée, la compréhension de leur développement dans l’environnement complexe des voies respiratoires humaines est restée insaisissable.
Une équipe de chercheurs dirigée par Alexandre Persat à l’EPFL vient de résoudre le problème en développant avec succès des organoïdes appelés AirGels. Les organoïdes sont des tissus 3D miniatures et auto-organisés issus de cellules souches pour imiter les tissus et organes réels du corps humain. Ils représentent un changement de paradigme dans le domaine, permettant aux scientifiques de reproduire et d’étudier les environnements complexes des organes en laboratoire.
Développés par Tamara Rossy et ses collègues, les AirGels sont des modèles issus de la bio-ingénierie du tissu pulmonaire humain qui ouvrent de nouvelles possibilités dans la recherche sur les infections. Ils révolutionnent la recherche sur les infections en imitant avec précision les propriétés physiologiques de la muqueuse des voies respiratoires, y compris la sécrétion de mucus et les battements ciliaires. Cette technologie permet aux scientifiques d’étudier les infections des voies respiratoires d’une manière plus réaliste et complète, comblant le fossé entre les études in vitro et les observations cliniques.
« Il y a beaucoup à dire sur cette étude, mais l’ingénierie des organoïdes pour la recherche sur les infections a un potentiel énorme », déclare Persat. « C’est un changeur de jeu. »
Dans l’étude publiée dans PLoS Biologie, les chercheurs ont utilisé des AirGels pour étudier le rôle du mucus dans le processus de formation du biofilm par Pseudomonas aeruginosa, une bactérie pathogène généralement résistante aux antibiotiques. En infectant les AirGels avec P. aeruginosa et en les étudiant sous microscopie vivante à haute résolution, ils ont pu la bactérie former des biofilms en temps réel.
Leurs observations ont révélé que P. aeruginosa induit activement la contraction du mucus de son hôte à l’aide de filaments rétractiles connus sous le nom de pili de type IV (T4P). Les filaments de T4P génèrent les forces nécessaires pour contracter le mucus des voies respiratoires, ce qui permet aux cellules de P. aeruginosa de s’agréger et de former un biofilm. Les chercheurs ont validé leurs découvertes avec des simulations de suivi et des expériences biophysiques sur des mutants sélectionnés de P. aeruginosa.
L’étude montre que le modèle organoïde AirGel peut fournir des informations uniques sur les interactions mécaniques entre les bactéries et les environnements de leurs hôtes, en découvrant dans ce cas un mécanisme jusqu’alors inconnu qui contribue à la formation de biofilm dans les voies respiratoires.
Être capable de concevoir des organoïdes qui reproduisent fidèlement l’environnement muqueux ouvre de nouvelles voies d’exploration, permettant aux chercheurs de découvrir des aspects négligés des infections, d’étudier l’influence de facteurs physiologiques supplémentaires, tels que la température, l’humidité, les médicaments et les facteurs de stress chimiques sur le développement et progression de l’infection et développer des traitements ciblés contre les pathogènes résistants aux antibiotiques.
Plus d’information:
PLoS Biologie (2023). DOI : 10.1371/journal.pbio.3002209