Un modèle réaliste de primate non-humain pour étudier les infections respiratoires

Un modèle 3D de voies respiratoires

Justina Creppy effectue sa thèse en co-tutelle entre le CEA/IDMIT (sous la direction du Dr. F. Ducancel), et le CEPR de la faculté de médecine de Tours (avec le Dr. L. Vecellio). Son projet, financé par l’AID (Agence Innovation Défense), consiste à étudier les pathologies respiratoires - et plus particulièrement la dispersion des aérosols - via le développement d’un modèle respiratoire anatomique et physiologique de primate non-humain. Pour cela, elle a procédé à l’imagerie scanner de son modèle, un macaque Macacca fascicularis. Un modèle a ensuite été imprimé en 3D dans un matériau étanche, non-poreux, transparent et résistant au lavage. Pour plus de praticité, le modèle n’a pas été imprimé d’un bloc, mais détaillé en 4 modules différents (modélisés ci-dessous en gris, bleu, violet et vert) qui s’assemblent.  
© Justina Creppy.

Un modèle réaliste pour Raffiner

Le modèle développé par l’équipe de Justina présente des améliorations majeures par rapports aux modèles déjà existants (Kesavan et al., 2020), qui facilitent son utilisation tout en élargissant considérablement le champ des applications possibles. En quête de raffinement, un effort de recherche s’est ainsi porté sur le réalisme de la partie externe du modèle : la tête du singe. Cette partie est effectivement importante pour le placement du masque de nébulisation. Les différents réglages peuvent ainsi se faire à la perfection grâce au modèle plastique, et faire ainsi gagner un temps précieux lors des expériences avec l’animal tout en lui assurant les conditions les plus adaptées à sa physionomie. Cela permet également aux utilisateurs des appareils de nébulisation de se former à l’ensemble des gestes techniques (placement du masque, connexion de la machine…) sans intervention sur l’animal génératrice de stress inutile.

L’ajout des voies aériennes inférieures pour Remplacer partiellement

Mais la plus grosse innovation de ce projet est l’ajout des voies aériennes inférieures. Justina et son équipe ont procédé à l’imagerie scanner puis à l’impression en 3D de la trachée jusqu’aux troisièmes divisions bronchiques du modèle simien. C’est la taille de l’animal, un macaque mâle de près de 6 kg, qui a permis d’accéder à ces structures fines, qui ont pu être connectées à une pompe pour mimer les mouvements respiratoires de l’animal. Grâce à ce modèle à la fois anatomique et physiologique, il est possible d’étudier le comportement de particules aérosolisées dans le modèle, les endroits et le « pattern » selon lesquels elles se déposent dans les voies aériennes supérieures et inférieures. 

© FC3R – Justina Creppy, FELASA 2022.

Des perspectives en recherche et en médecine humaine

Peuvent ainsi être tracés par suivi de fluorescence ou de radioactivité (Leclerc et al., 2014) des aérosols chimiques, bactériens et viraux, ce qui présente d’intéressantes perspectives thérapeutiques pour de nombreuses infections respiratoires. Ce modèle est notamment utilisé dans le cadre de la recherche sur la Covid-19 : il permet d’améliorer la compréhension du comportement du virus après inhalation, d’identifier ses cibles anatomiques et ainsi de prédire quels aérosols ou méthodes de nébulisation pourraient être efficaces dans le cadre d’une thérapie. Le modèle 3D permet aussi d’optimiser les systèmes d’administration des aérosols (masques, canules nasales...) sans avoir recours à des animaux vivants (Williams and Suman 2022). Par étude comparative avec l'animal, le modèle imprimé en 3D a montré une bonne prédictivité de la quantité totale d'aérosol déposé au sein des voies aériennes supérieures (Le Guellec et al., 2021)(Kelly et al., 2005), mais une surestimation du dépôt dans les voies aériennes inférieures, du fait de l’absence du reste du poumon.

S’il s’agit d’un bon modèle, respectueux des 3R, qui fait ses preuves dans les domaines de recherche concernés, il ne permet pas encore de se passer d’expériences complémentaires sur modèles animaux.