Une base biophysique de la concentration de solides de mucus comme biomarqueur potentiel pour les maladies des voies respiratoires

Dans les maladies des voies respiratoires humaines, y compris la fibrose kystique (FK) et la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC), la défense de l'hôte est compromise et l'inflammation et l'infection des voies respiratoires en résultent souvent. L'élimination du mucus et le piégeage des agents pathogènes inhalés constituent des éléments clés de la défense de l'hôte. Les taux d'élimination sont régis par les modules visqueux et élastiques du mucus à des fréquences physiologiques de conduite, tandis que le transport des agents pathogènes piégés dans les couches de mucus est régi par la diffusivité. Il y a un besoin clair de biomarqueurs cliniques simples et efficaces des maladies des voies respiratoires qui se corrèlent avec ces propriétés. Nous avons testé l'hypothèse selon laquelle la concentration de solides de mucus, indexée en pourcentage de poids de solides (wt%), est un tel biomarqueur. La rhéologie des microbilles passives a été utilisée pour déterminer à la fois les propriétés diffusives et viscoélastiques du mucus prélevé sur des cultures de cellules épithéliales bronchiques humaines (CEBH). Guidés par les crachats de sujets en bonne santé (1,5-2,5 wt%) et malades (MPOC, FK; 5 wt%), des échantillons de mucus ont été générés in vitro pour imiter la physiologie in vivo, y compris une gamme intermédiaire de wt% pour représenter la progression de la maladie. Les analyses des ensembles de données de microbilles ont montré que les propriétés diffusives du mucus et les modules viscoélastiques évoluent robustement avec le wt%. Il est important de noter que des changements significatifs dans les deux propriétés biophysiques sont apparus à ~4 wt%, cohérents avec une transition de gel (d'une solution dominée par la viscosité à un gel dominé par l'élasticité). Ces résultats ont des implications significatives pour : (1) la pénétration des cils dans la couche de mucus et l'efficacité du transport du mucus ; et (2) la diffusion vs. l'immobilisation des particules à micro-échelle pertinentes pour les propriétés de barrière du mucus. Ces données fournissent des preuves convaincantes de la concentration de solides de mucus comme biomarqueur clinique de base des fonctions de barrière et d'élimination du mucus.