Physical properties of red blood cells in aggregation
Propriétés physiques des globules rouges en agrégation
Résumé
Red blood cells (RBC) are micron sized biological objects and the main corpuscular constituent of blood. It flows from larger arteries to very small capillaries. Utilizing a physical approach, this work aims to assess properties that govern blood flows and in particular the disaggregation and aggregation mechanisms of RBC at a single cell level. The interactions of RBCs are thus, investigated experimentally by measuring adhesive forces in the pN range in various model solutions thanks to optical tweezers. While two models for aggregation have been proposed: bridging and depletion, experimental evidence is still lacking to decide which mechanism prevails. The research presented here provides a new insight on the aggregation of RBCs and shows that the two models may not be exclusive. A complete 3-dimensional phase diagram of doublets has been established and confirmed by experiments by varying the adhesive forces and reduced cell volumes. Besides, the effect of aggregation was studied in vitro in a bifurcating microcapillary network and the distribution of aggregates and their stability in such a geometry are reported. Finally, experiments in flow allowed the characterization of the flow field around single RBCs at different velocities. Interesting vortical fluid structures have been also observed thanks to tracer nanoparticles.
Les globules rouges (GR) sont des objets biologiques de la taille du micron et l'un des principaux constituants du sang. Ils circulent des grandes artères aux très petits capillaires. En utilisant une approche physique, ce travail vise à évaluer les propriétés qui régissent les écoulements sanguins et en particulier les mécanismes de désagrégation et d'agrégation des globules rouges au niveau cellulaire. Les interactions des globules rouges sont ainsi étudiées expérimentalement en mesurant les forces d'adhésion qui sont seulement de quelques piconewtons et ce, dans différentes solutions modèles grâce aux pinces optiques. Malgré les deux modèles d'agrégation existants : le pontage et la déplétion, les preuves expérimentales font défaut. La recherche présentée ici apporte un nouvel éclairage sur l'agrégation des GR et montre que les deux modèles ne sont peut-être pas mutuellement exclusifs. Un diagramme de phase tridimensionnel complet des doublets a été établi et confirmé par des expériences en faisant varier les forces adhésives et en réduisant les volumes réduits des globules rouges. En outre, l'effet de l'agrégation a été étudié in vitro dans un réseau microcapillaire en bifurcation et la distribution des agrégats dans un tel modèle a été rapportée. Enfin, des expériences en écoulement ont permis de caractériser le champ d'écoulement autour de chaque globule rouge à différentes vitesses. Des structures de fluides en forme de vortex intéressantes ont également été observées grâce à des traceurs (nanoparticules).
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
|---|