La fibrose kystique (FK) est une maladie génétique caractérisée par une incapacité à éliminer le mucus épais des poumons, entraînant des infections répétées et un déclin progressif de la fonction pulmonaire qui entraîne souvent la nécessité d’une transplantation pulmonaire ou de la mort. Le microbiome des voies respiratoires des personnes atteintes de mucoviscidose (FCP) semble suivre l’activité de la maladie1, avec une réduction de la diversité microbienne associée à des résultats indésirables à long terme2,3. Dans les études cliniques de la PWF, l’oxygénothérapie supplémentaire a été associée à une maladie plus avancée4,5, bien que traditionnellement, l’utilisation de l’oxygénothérapie ait été considérée comme un simple marqueur de la gravité de la maladie6. Des études récentes issues d’un essai clinique sur des patients atteints d’insuffisance respiratoire ont montré que des niveaux d’oxygène plus élevés sont paradoxalement associés à une augmentation des infections bactériennes graves et à une mortalité plus élevée7,ce qui suggère que l’oxygène supplémentaire peut contribuer à la pathogenèse de la maladie. L’effet de l’oxygène supplémentaire sur le microbiome pulmonaire de la fibrose kystique et les communautés microbiennes pulmonaires et des voies respiratoires associées n’a pas été bien étudié.
Les études mécanistes ne peuvent souvent pas être effectuées directement sur des sujets humains en raison de difficultés logistiques et de problèmes éthiques potentiels associés à des interventions d’avantages ou de préjudices médicaux inconnus. Les approches translationnelles qui intègrent des échantillons biologiques humains dans des systèmes modèles peuvent offrir des informations biologiques importantes dans ces cas. Bien que la capacité d’utiliser ou de tolérer l’oxygène ait traditionnellement été un élément important de la classification microbienne, on sait peu de choses sur la façon dont l’introduction thérapeutique d’oxygène supplémentaire dans l’environnement pourrait perturber les communautés microbiennes des voies respiratoires. Pour faire la lumière sur les effets inconnus de l’oxygène supplémentaire sur les microbiomes des voies respiratoires du PWCF, nous devions relever deux défis majeurs; premièrement, la création d’un milieu de culture qui se rapproche physiologiquement de la composition des expectorations de la FK; deuxièmement, la création d’un système modèle qui permet le maintien de concentrations élevées d’oxygène en culture sur de longues périodes de temps.
Les milieux d’expectorations artificielles (ASM) sont largement utilisés pour émuler les expectorations pulmonaires ex vivo8,9,10, mais il n’y a pas de consensus clair sur une recette spécifique. Ce protocole décrit une recette et une stratégie de préparation de milieu d’expectorations artificielles soigneusement conçues pour se rapprocher physiologiquement des expectorations de pwCF. Le tableau 1 présente les valeurs de recette choisies en fonction de la littérature publiée. Les composants chimiques de base et le pH ont été appariés aux valeurs identifiées par les études sur les expectorations humaines de FK11,12,13. Des nutriments physiologiques à faible concentration ont été ajoutés à l’aide de jaune d’œuf, qui a été inclus comme 0,25% du volume final10, ainsi que des mélanges de vitamines et de métaux traces14,15. La mucine, le composant clé des expectorations16,a été incluse à 1% p/v14. Bien que nécessitant plus de main-d’œuvre, la stérilisation par filtre a été choisie par rapport à la pratique plus conventionnelle de la stérilisation thermique pour réduire les problèmes potentiels liés à la dénaturation induite par la chaleur des composants essentiels des milieux10. Un avantage supplémentaire de la stérilisation par filtre est qu’elle génère des milieux transparents (la stérilisation thermique peut créer des milieux troubles en raison de la précipitation et de la coagulation des sels et des protéines), ce qui permet d’utiliser ces milieux d’expectorations artificiels pour suivre la croissance microbienne en fonction de l’augmentation de la turbidité.
Ce système modèle pour la culture hyperoxique est basé sur des techniques de culture anaérobie où l’oxygène est ajouté plutôt que retiré, créant un modèle pour l’effet de l’utilisation supplémentaire d’oxygène pour pwCF. La figure 1 et le protocole d’épargnance en oxygène qui y est associé décrivent les composants d’un système de lutte contre l’oxygène, qui peut être obtenu à faible coût auprès des fournisseurs généraux de laboratoires et d’hôpitaux. Ce système permet de mélanger de l’oxygène comprimé et de l’air à des concentrations fixes allant de 21% à 100% d’oxygène. L’intégration d’un capteur d’oxygène permet de vérifier la concentration du mélange de gaz de sortie, ainsi que de vérifier la composition du gaz sortant des bouteilles de sérum préalablement épargnées pour vérifier que les conditions d’oxygène ont été maintenues dans la plage souhaitée.
Ce protocole décrit les procédures pour créer un milieu d’expectorations artificielles, la construction et l’utilisation d’un système de stockage d’oxygène et l’application des deux pour cultiver des expectorations de FIBRO dans des conditions d’oxygène différentiel.