Clairance mucociliaire, Cils, Mucus, Lattice boltzmann, Dynamique moléculaire, Simulation, Multi-échelle

Dans les voies respiratoires, la moitié de la surface épithéliale est couverte de cils. Les cils sont des filaments motiles ressemblant à des poils animés d'un mouvement de battement périodique et asymétrique. Ils sont en grande partie immergés dans une couche de fluide semblable à de l'eau, appelée la couche périciliaire et sont couverts d'une seconde couche de fluide visqueux appelée le mucus. Leur mouvement de battement leur permet de pousser sur la couche de mucus, et ce faisant, de débarrasser la trachée des poussières et pathogènes piégés à l'intérieur. Ce processus s'appelle la clairance mucociliaire et constitue le premier mécanisme de défense des voies respiratoires contre les particules potentiellement nocives inhalées. De ce fait, tout dysfonctionnement de l'un des composants de ce mécanisme, notamment des cils ou du mucus, est à l'origine de maladies respiratoires innées comme la Dyskinésie Ciliaire Primitive (DCP), ou acquises comme la COVID-19. Dans notre travail, nous utilisons la méthode de Boltzmann sur réseau couplée à la Dynamique Moléculaire pour étudier l'efficacité de la clairance mucociliaire. Nous commençons par implémenter et optimiser un modèle phénoménologique des cils basé sur un réseau élastique, et un modèle explicite de la couche de mucus, à l'échelle mésoscopique, paramétrés pour reproduire des conditions de santé normale. Ensuite, nous étudions l'influence d'un placement irrégulier des cellules ciliées sur la surface épithéliale ou d'une distribution désordonnée de leurs directions de battement, sur la coordination du battement des cils, la dynamique du fluide environnant et la clairance du mucus. Finalement, nous introduisons des défauts dans le tapis de cils afin d'émuler des caractéristiques pathologiques. Nous examinons comment la réduction de la surface ciliée ou l'immotilité de certaines cellules ciliées, reproduisant respectivement les effets d'une infection virale ou de la DCP, affectent l'efficacité du transport de mucus.