Une équipe multidisciplinaire de chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign a développé de minuscules capteurs qui mesurent le transport d'oxygène dans le tissu pulmonaire bovin. L'étude – qui établit un nouveau cadre d'observation de la connexion insaisissable entre les membranes pulmonaires, le flux d'oxygène et les maladies associées – est publiée dans la revue Communications Nature.
Les membranes qui enveloppent les poumons et ajoutent l'élasticité nécessaire à l'inhalation et à l'expiration semblent également jouer un rôle essentiel dans l'apport d'oxygène à la circulation sanguine. «
Cecilia Leal, professeur de science des matériaux et d'ingénierie, Université de l'Illinois à Urbana-Champaign
Cecilia Leal a dirigé l'étude avec les étudiants diplômés Mijung Kim et Marilyn Porras-Gomez.
Pour que le tissu pulmonaire fonctionne efficacement, il doit être capable de transférer l'oxygène et d'autres gaz à travers ses membranes, ont déclaré les chercheurs. Cela peut se produire par le biais d'une substance – appelée surfactant – qui réduit la tension superficielle du liquide pulmonaire pour permettre cet échange. Cependant, un surfactant appelé cardiolipine est connu pour être trop abondant dans les tissus infectés par une pneumonie bactérienne, rapporte l'étude.
Les nouveaux capteurs sont des films minces à base de silicium et de graphène qui contiennent de minuscules transistors qui mesurent la perméation d'oxygène entre les surfaces biologiques. « Un mince film de membranes pulmonaires est étalé sur de nombreux petits capteurs à la surface de l'appareil, nous donnant une meilleure image de ce qui se passe sur une zone relativement grande plutôt que juste un endroit », a déclaré Leal.
L'équipe a utilisé les capteurs pour comparer le transfert d'oxygène entre des membranes saines et malades. Les échantillons consistaient en un extrait de protéines lipidiques bovines couramment utilisé pour traiter les nourrissons prématurés souffrant de détresse respiratoire, une partie des échantillons étant combinée avec de la cardiolipine.
« Nous avons constaté que plus d'oxygène passe à travers les tissus malades par la cardiolipine », a déclaré Leal. « Ce qui peut aider à expliquer les observations précédentes d'un déséquilibre de l'oxygène dans le sang des patients atteints de pneumonie. Même si une augmentation du débit d'oxygène peut être perçue comme positive, il est important de maintenir l'échange naturel qui se produit dans le poumon – le transfert d'oxygène plus rapidement dans la circulation sanguine perturbe cet équilibre sain. «
Les chercheurs ont également comparé la structure des tissus sains et malades à l'aide de l'imagerie microscopique et aux rayons X. Ils ont constaté que le tissu associé à la cardiolipine présentait des taches endommagées, qui, selon eux, pourraient être responsables d'un transfert accru d'oxygène et des niveaux d'oxygène hors équilibre subséquents chez les patients atteints de pneumonie.
La prochaine étape de cette recherche consistera à étudier les membranes pulmonaires extraites de poumons de mammifères sains et malades, a déclaré Leal. « Nos résultats soulèvent d'importantes informations sur la fonction de la membrane pulmonaire, indiquant que les changements de structure et de composition sont directement liés à la perméation de l'oxygène. Ce travail peut potentiellement permettre à la recherche clinique d'examiner le rôle de la diffusion déséquilibrée de l'oxygène à travers les membranes pulmonaires dans un contexte pathologique. »
La source:
Université de l'Illinois à Urbana-Champaign
Référence de la revue:
Kim, M., et al. (2020) Détection à base de graphène du transport d'oxygène à travers les membranes pulmonaires. Communications Nature. doi.org/10.1038/s41467-020-14825-9.
