Biomimetic approach of sickle cell vaso-occlusion: production of vesicles and microfluidics
Approche biomimétique de la vaso-occlusion dans la drépanocytose: production de vésicules et microfluidique
Résumé
Vesicles are spherical lipid bilayers which enclose an internal volume, there are thus used in many applications such as encapsulation or design of biomimetic systems. An original simple method called continuous Droplet Interface Crossing Encapsulation (cDICE), have been developed to produce vesicles controlled in size and content. This method allows the production of vesicles in the range 5-70 μm in diameter with a high efficiency to encapsulate solutions as diverse as micrometric colloids, proteins, cells, viscous solutions (40 mPas) or saline solutions (>300 mosm). Vesicles are then produced continuously at high frequency (∼ 150 Hz). Furthermore, sickle " vesicles " have been produced using this method. Sickle cell anemia is a genetic disease which results in vaso-occlusive crisis of the blood circulation. Microfluidic channels designed to mimic physiological conditions (flow velocity, oxygen concentration, hematocrit...) of the microcirculation were used to carry out a biomimetic study at the cellular scale of sickle cell vaso-occlusion. This study has shown that flow geometry, oxygen concentration, white blood cells and free hemoglobin S are essential in the formation of cell aggregates which could play a role in the vaso-occlusion event.
Les vésicules sont des bicouches lipidiques refermées sur elles même, séparant ainsi un volume intérieur du milieu extérieur. Elles sont donc utilisées dans de nombreuses applications nécessitant l'encapsulation d'une substance mais également pour la construction d'objets biomimétiques. Une nouvelle méthode simple, appelée continuous Droplet Interface Crossing Encapsulation (cDICE), a été développée pour la fabrication de vésicules de taille et de contenu finement contrôlés. Ainsi, des vésicules dans la gamme de taille 5-70 μm de diamètre et encapsulant des solutions aussi variées que des colloïdes micrométriques, protéines, cellules, solutions visqueuses (40 mPas) ou solutions salines (>300 mosm), sont produites de façon continue et à fréquence élevée (∼ 150 Hz). Des vésicules " drépanocytaires " ont également pu être produites grace à cette méthode. La drépanocytose ou anémie falciforme est une maladie génétique dont la principale conséquence est la vaso-occlusion de la circulation sanguine. La conception de canaux microfluidiques se rapprochant au mieux des conditions physiologiques (vitesse d'écoulement, concentration d'oxygène, hématocrite...) de la microcirculation a permis une approche biomimétique de la vaso-occlusion, mettant en évidence l'importance de paramètres physiques tels que la géométrie de l'écoulement, le taux d'oxygène, la présence de globules blancs et l'hémoglobine libre en solution sur la formation d'agrégats cellulaires qui pourraient jouer un rôle dans la vaso-occlusion.
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