Le résultat de toute expérience menée dans un laboratoire est dépendant de la qualité du matériel utilisé pour effectuer les expérimentations. Que vous travailliez avec des cellules, des tissus ou tout autre matériel biologique, vous devez faire attention à toutes les variables auxquelles seront exposées les échantillons tout au long de l’expérimentation.
Les cellules sont très sensibles aux perturbations de leur environnement. Elles ne réagissent pas nécessairement par des réponses radicales telles que l’apoptose, mais un certain nombre de changements subtils à long terme se produisent dans les cellules en réponse à des variations de température, de pH, de confluence, de lumière, de composition du milieu, etc.
<< Il est difficile d’optimiser pleinement les conditions in vitro et d’intégrer toutes les variables, mais pour être robuste scientifiquement parlant, il est important de prendre toutes les mesures possibles pour garantir des résultats expérimentaux de grande qualité. >>
L’oxygène pilote les processus essentiels à tous les événements cellulaires, du métabolisme à la signalisation en passant par l’homéostasie redox. Cependant, ce n’est pas la simple présence d’oxygène qui importe à la plupart des formes de vie, mais plutôt le niveau d’oxygène qui est l’élément clé.
Les fonctions cellulaires se produisent de manière optimale dans une gamme d’oxygène assez restreinte ; les cellules épithéliales du poumon résident dans environ 10-14% d’ alors que les cellules cérébrales fonctionnent dans des taux d’O2 compris entre 2 et 4%. En d’autres termes, exposer les cellules à tout ce qui se situe au-dessus ou au-dessous de leur environnement naturel en O2 aura des conséquences difficiles, voire impossibles à suivre, et encore moins interprétables. L’introduction de perturbations, aussi fortes que des taux d’oxygène non physiologiques, laissera tout résultat d’une telle expérience ouvert à interprétation.
Au niveau cellulaire, la détection de l’oxygène se produit via les chimiorécepteurs. Ils fonctionnent en régulant les taux cardiovasculaires et ventilatoires. Lorsque la disponibilité en oxygène est compromise, une cascade de systèmes chimio-sensoriels modulent la circulation sanguine, la ventilation pulmonaire et la perfusion afin d’optimiser l’apport d’oxygène aux cellules et aux tissus. Ces réactions reposent sur la fonction des corps carotiques dans la circulation artérielle ainsi que des corps neuro-épithéliaux dans les voies respiratoires.
Certains types de cellules réagissent immédiatement à un manque d’oxygène telles que les cellules musculaires lisses vasculaires. Elles sont responsables de la vasoconstriction des artères pulmonaires. Cette réaction est initiée par l’inhibition des canaux potassiques fixant le potentiel membranaire qui active à son tour les canaux calciques voltage-dépendants. Cela est suivi par des taux élevés de calcium cytosolique entraînant une constriction des myocytes.
L’hypoxie induit également une vasodilatation survenant notamment dans les vaisseaux coronaires et cérébraux. Ceci est en partie provoqué par les canaux KATP du muscle lisse vasculaire qui s’ouvrent lorsque la production d’ATP diminue en réponse à l’hypoxie.
Des réactions cellulaires plus aiguës se produisent par l’activation de protéines sensibles à l’oxygène et par la régulation de la transcription génique. Ces réactions hypoxiques ont pour effet d’accroître l’efficacité des voies de production d’énergie (augmentation de la glycolyse anaérobie) et, en même temps, de réduire les processus consommateurs d’énergie. La majeure partie de l’énergie utilisée est consacrée à la synthèse de protéines et au fonctionnement des ATPases. En cas d’hypoxie, l’apport en ATP est réduit et il est donc important que les cellules attribuent judicieusement leur énergie cellulaire aux processus essentiels requérant de l’ATP. Par conséquent, la synthèse de protéines et d’ADN / ARN est arrêtée en premier dans des conditions hypoxiques et la priorité est donnée au pompage de Na / K et au cycle du Ca2.
Lorsque les cellules sont confrontées à la situation opposée, à savoir l’hyperoxie (21% d’O2 constituent une hyperoxie en culture cellulaire), des événements radicaux se produisent. Les niveaux de dérivés réactifs de l’oxygène augmentent, provoquant des dommages à l’ADN, la peroxydation des lipides et l’activation de gènes qui augmentent l’inflammation et la mort cellulaire.
<< Les exemples ci-dessus de réactions cellulaires à des concentrations variées en oxygène mettent en évidence la sensibilité et la flexibilité de ces systèmes. Dans le même temps, cela indique que l’introduction de cellules présentant des facteurs de stress (par exemple dans des conditions hyperoxiques dans un incubateur à CO2 classique), incitera les cellules à réagir de manière non physiologique. Ces réactions peuvent être très profondes et dans le pire des cas, irréversibles. La sensibilité cellulaire doit être bien comprise afin de distinguer les vraies réactions liées aux conditions expérimentales et ce qui n’est que la conséquence de conditions de culture cellulaire inappropriées. >>
Références :
– Post JM, Hume JR, Archer SL, Weir EK Am J Physiol. 1992 Apr; 262(4 Pt 1). Direct role for potassium channel inhibition in hypoxic pulmonary vasoconstriction.
– Dart C, Standen NB. J Physiol. 1995 Feb 15; 483 (Pt 1) ():29-39. Activation of ATP-dependent K+ channels by hypoxia in smooth muscle cells isolated from the pig coronary artery.
– Boutilier RG. J Exp Biol. 2001 Sep; 204(Pt 18):3171-81Mechanisms of cell survival in hypoxia and hypothermia.
– Kwak DJ1, Kwak SD, Gauda EB. Pediatr Res. 2006 Oct;60(4):371-6. Epub 2006 Aug 28. The effect of hyperoxia on reactive oxygen species (ROS) in rat petrosal ganglion neurons during development using organotypic slices.
