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International audience; The bronchial epithelium mucociliary function ensuring the lung continuous clearance relies on mucus rheological properties and cilia beating coordination. We focus on two points: first, the biochemical and physical parameters affecting the mucus viscoelastic properties; secondly, the cilia coordination and its coupling with the mucus.We performed rheological experiments on mucus extracted from Air Liquid Interface cultures of bronchial epithelium reconstituted from bronchial biopsies. We combine standard macro-rheology to micro-rheology performed with optical tweezers, to quantify the mucus flowing behaviour at two scales: the mucus layer thickness and the cilia or bacteria scale. Macro- and micro-rheology give different results: an elastic plateau (1-2 Pa) at the macro-scale; a viscous flow (10-3-10-2 Pa) at the micro-scale but with an important adhesion and elasticity at the interfaces. We also perform original experiments using optical tweezers directly on the epithelium, to access the viscoelastic response in the various mucus layers. We obtain an increased elasticity in the vicinity to the epithelium.Finally, the study of the physical mucus properties coupled with the specific methodology we developed to quantify cilia activity, coordination and mucus velocity field, should help to evaluate the efficiency of the mucociliary function and to understand the mechanisms of clearance.

International audience; The mucociliary function of the bronchial epithelium ensures the continuous clearance of the respiratory system. This function relies on two main elements: mucus and cilia beating. We perform here a rheological characterization of mucus samples extracted from ALI (Air-liquid interface) cultures of bronchial epithelium. Our approach combines macro- and micro-rheology techniques with the aim of quantifying the mucus viscoelastic properties at different length scales (from the size of bronchial cilia up to the scale on which mucus is transported). In addition, this methodology allows us to compare the rheological behavior of mucus samples corresponding to different pathologies.

National audience; The bronchial epithelium mucociliary function ensuring the lung continuous clearance relies on mucus rheological properties and cilia beating coordination. Our biophysical approach aims at understanding two points. First, the biochemical and physical parameters affecting the mucus viscoelastic properties and evaluating its use as a marker for the diagnosis of respiratory diseases. Secondly the cilia coordination and its coupling with the mucus.We performed rheological experiments on mucus extracted from Air Liquid Interface (ALI) cultures of bronchial epithelium reconstituted from bronchial biopsies. Our approach consists in combining standard macro-rheology to micro-rheology performed with optical tweezers, in order to quantify the mucus flowing behavior at different scales, from the cilia up to the mucus layer length scales.Macro- and micro-rheology give different results. At the macro-scale, we obtain an elastic plateau (1 to 2 Pa), a shear-thinning behaviour and a very low yield stress (0.05-0.2 Pa). While at the micro-scale, we obtain a viscous flow, with a very low viscoelastic modulus (10-3-10-2 Pa). Nevertheless, by applying local forces at the interfaces, we observe an important adhesion and elasticity. Mucus adhesion should be taken into account to understand the differences between these different length scales and more generally to characterize the mucus properties. We also perform original experiments using optical tweezers directly on the epithelium, to access the viscoelastic response in the various mucus layers. We obtain an increased elasticity in the vicinity to the epithelium. Moreover, comparison of physical properties of mucus from the culture and directly extracted from patient lungs, provides an additional validation of the ALI model.Finally, the specific methodology we developed to quantify cilia activity and coordination, allows us to map, the cilia spatial distribution, the beating frequency and orientation of each cilium, and their standard deviation within a cilia cluster (cell). Local quantification of the cilia activity coupled to the measurement of the mucus velocity field, should help to evaluate the efficiency of the mucociliary function and to understand the mechanisms of clearance.

International audience; The mucociliary function of the bronchial epithelium ensures the continuous clearance of the respiratory system. This function relies on two main elements: mucus and cilia beating. We perform here a rheological characterization of mucus samples extracted from ALI (Air-liquid interface) cultures of bronchial epithelium. Our approach combines macro- and micro-rheology techniques with the aim of quantifying the mucus viscoelastic properties at different length scales (from the size of bronchial cilia up to the scale on which mucus is transported). In addition, this methodology allows us to compare the rheological behavior of mucus samples corresponding to different pathologies

National audience; La fonction mucociliaire de l'épithélium bronchique assure le nettoyage continu des voies respiratoires afin d’éviter toutes infections et inflammations par les éléments présents dans l’air que nous respirons. L'efficacité de la clairance mucociliaire repose sur deux éléments principaux : les propriétés rhéologiques du mucus et la coordination du battement ciliaire. Dans cette communication, nous décrirons spécifiquement nos résultats sur la rhéologie du mucus. Notre approche biophysique vise à comprendre les paramètres biochimiques et physiques affectant les propriétés viscoélastiques du mucus et à évaluer l 'utilisation des propriétés viscoélastiques du mucus comme marqueur du diagnostic de maladie respiratoire (BPCO, maladie pulmonaire obstructive chronique ...).Des études sur la rhéologie du mucus ont déjà été réalisées, mais essentiellement sur le crachat ou le mucus reconstitué. Nous avons effectué des expériences rhéologiques sur le mucus extrait des cultures ALI (Air Liquid Interface) de l'épithélium bronchique reconstitué à partir d'une biopsie bronchique. Notre approche consiste à combiner une expérience de macro-rhéologie standard et une micro-rhéologie réalisée avec des pinces optiques afin de quantifier les propriétés viscoélastiques du mucus et de comprendre son comportement d'écoulement à différentes échelles, de l'échelle des cils jusqu'à l'échelle de longueur sur laquelle le mucus est transporté.Nos résultats montrent le comportement d'amincissement par cisaillement et la nature élastique du mucus avec un petit module élastique G 'compris entre 1 et 2 Pa. On observe également la rupture du gel de mucus à très faible taux de cisaillement et même pour la déformation oscillatoire réalisée À des fréquences inférieures à la fréquence de battement des cils (~ 15 Hz), probablement en raison de la structure complexe et hétérogène du mucus. Néanmoins, la structure du mucus et les propriétés viscoélastiques sont récupérées en 5 minutes. La macro et la micro-rhéologie indiquent deux comportements différents : on observe un plateau élastique à la macro-échelle et un comportement visqueux à la micro-échelle, avec une viscoélasticité très faible de l'ordre de 10-3 à 10-2 Pa et proportionnelle À la fréquence de ω0,9 dans la même plage de fréquence. En appliquant des forces locales grâce à des pinces optiques, comme le montre la figure 1, nous montrons que l'adhérence du mucus est impliquée et doit être prise en compte pour comprendre les différences entre les propriétés mécaniques mesurées à ces différentes échelles de longueur et plus généralement pour caractériser les propriétés du mucus.Cette approche biophysique et méthodologie spécifique nous permet de comparer des échantillons correspondant à différentes pathologies du patient et pourrait être appliquée avec succès à l'hypersécrétion de mucus de patients atteints de fibrose kystique. Ce travail s'inscrit dans le cadre d'un projet de plus grande envergure impliquant une étude de physique statistique sur la coordination des cils et son couplage avec la viscoélasticité du mucus.