POSTECH crée un poumon artificiel imitant la respiration alvéolaire

Une bulle de savon ne dure généralement que quelques secondes. À POSTECH, à Pohang, l'équipe du professeur Sungjune Jung s'est servie de son film fin et résilient comme modèle pour créer une membrane pulmonaire artificielle qui se dilate et se contracte comme les alvéoles d'un véritable poumon. Le modèle a fonctionné de manière stable pendant environ 240 000 respirations.

Ce mouvement est plus qu'un simple détail visuel. Les alvéoles s'étirent lorsque nous inspirons et se contractent lorsque nous expirons, et ce signal mécanique influence la croissance, le fonctionnement et l'inflammation des cellules pulmonaires. Les cultures cellulaires classiques maintiennent généralement les cellules sur des surfaces planes et immobiles. Les systèmes poumon-sur-puce ajoutent du mouvement, mais beaucoup reposent sur le PDMS, un matériau synthétique qui ne reproduit pas toutes les caractéristiques des tissus pulmonaires ; les hydrogels souples peuvent se déchirer lorsqu'ils sont transformés en membranes fines.

L'équipe de POSTECH a mélangé des polymères et des monomères pour obtenir un hydrogel composite, puis a plongé un moule façonné dans la solution avant de l'en retirer afin de former un film ultrafin. Un système de pression placé sous la membrane a recréé la variation de pression associée à la respiration : le film s'étirait et se contractait, tandis que sa souplesse et sa résistance lui permettaient de supporter des mouvements répétés.

Les chercheurs ont utilisé la bio-impression 3D pour construire trois couches à l'intérieur du modèle : des cellules vasculaires, une membrane basale et des cellules épithéliales. Lors des expériences sur la grippe, les réponses inflammatoires et antivirales des cellules pulmonaires variaient avec les mouvements respiratoires, reproduisant la réaction des tissus pulmonaires réels plutôt que le comportement de cellules dans une boîte statique.

Qu'est-ce que cela change en pratique ? Les chercheurs peuvent régler la fréquence et l'amplitude respiratoires pour reproduire des poumons sains ou toute une gamme d'états pathologiques, puis observer le comportement des cellules et leurs réponses aux médicaments dans cet environnement en mouvement. Le dispositif reste un modèle de laboratoire, et les performances d'environ 240 000 respirations sont rapportées par l'équipe de POSTECH ; son intérêt réside désormais dans la possibilité de rendre mesurable en laboratoire un aspect difficile de la biologie pulmonaire.