Missions

Mots-clés : physique des systèmes vivants, matière active, auto-organisation, épithélium cilié, rhéologie, hydrodynamique, BPCO

Contexte et objectif du projet :
Les voies respiratoires sont protégées par le mucus, un fluide complexe transporté le long de la surface épithéliale, du poumon à la gorge, par le battement coordonné de millions de cils microscopiques, d'où le nom de clairance mucociliaire. Le dysfonctionnement de cette fonction essentielle est associé à toutes les maladies respiratoires chroniques telles que la mucoviscidose, la bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO) et l'asthme sévère. Ces maladies touchent des centaines de millions de personnes dans le monde et sont en constante évolution en raison de nombreux facteurs environnementaux et de la pollution.
Le transport du mucus dépend de sa rhéologie et de la force propulsive exercée par le tapis de cils. Nous avons récemment montré que cette force dépend à son tour de la rhéologie du mucus, car la coordination nécessaire à long terme des battements ciliaires émerge de la réponse active des cils individuels (notamment l'orientation des battements) aux interactions hydrodynamiques qu'ils exercent les uns sur les autres par l'intermédiaire du mucus. Le but de ce projet est d'établir la relation quantitative entre la rhéologie du mucus, l'auto-organisation et la dynamique des cils battants et le transport du mucus. Nous voulons identifier les conditions mécaniques critiques qui conduisent à l'arrêt du mucus.
Ce projet fait partie d'un consortium qui implique 3 laboratoires de recherche, un hôpital et deux start-ups qui développent des instruments pour le diagnostic et le suivi des maladies pulmonaires et développent un nouveau dispositif médical CE pour la thérapie de dégagement des voies respiratoires.

Activités

pproche expérimentale :
L'approche expérimentale repose sur différentes techniques de microscopie optique réalisées sur des épithéliums bronchiques reconstitués in vitro. Nous utiliserons du mucus natif et synthétique à rhéologie contrôlée pour 1) quantifier le couplage hydrodynamique entre le mucus et les cils, responsable du transport à longue distance et 2) établir la relation entre la vitesse de transport du mucus et la rhéologie du mucus, afin de déterminer la rhéologie critique qui conduit à un arrêt du transport du mucus. Les données expérimentales seront utilisées pour calibrer un modèle numérique développé par nos collaborateurs pour simuler des configurations complexes (géométrie des bronches...).

Références :
O Mesdjian et al., Longitudinal to transverse metachronal wave transitions in an In Vitro model of ciliated bronchial epithelium, Physical Review Letters, 2022

E. Loiseau, et al, Active mucus-cilia hydrodynamic coupling drives the self-organisation of human bronchial epithelium. Nature Physics, 2020.

S. Gsell et al., Hydrodynamic model of directional ciliary-beat organization in human airways, Scientific reports, 2020

MK. Khelloufi et al.,Spatiotemporal organization of cilia drives multiscale mucus swirls in model human bronchial epithelium, Scientific Reports, 2018.

Compétences

Profil attendu du candidat : un doctorat en physique (matière molle, physique biologique...)

Contexte de travail

au Centre interdisciplinaire de nanosciences de Marseille au sein du Département de physique des systèmes vivants d'Aix Marseille Université et du CNRS

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

pas de risque