Flow of healthy and sickle red blood cells in microcirculatory conditions : clustering process and self-margination phenomenon

Écoulement de globules rouges sains et drépanocytaires en conditions micro-circulatoires : processus d'agrégation (clustering) et phénomène d'automargination

Viviana Andrea Claveria Pizarro (1)

1 L2C - Laboratoire Charles Coulomb

I experimentally characterized the clustering formation of healthy and sickle red blood cells (RBCs) flowing through straight micro-capillaries. The effect of aggregation was also investigated. I found that cluster formation under physiological conditions is most likely caused by a combination of hydrodynamic and macromolecule-induced interactions. Macromolecule-induced interactions are not fully overcome by shear stresses within the physiological range, and they contribute to cluster stability. Moreover, I found that a pronounced bimodal distribution of the cell-to-cell distances in the hydrodynamic clusters is produced.Additionally, I investigated experimentally the collective behavior of oxygenated sickle RBCs and their distribution along cylindrical micro-capillaries with diameters comparable to a human venule or arteriole. I have shown that there is a heterogeneous distribution of RBCs according to their density: low-density cells tend to stay closer to the center of the channel, while most dense cells (also more rigid) self-marginated under defined conditions. Aggregation seems to inhibit self-margination depending on the aggregative factor and patient: dextran allows self-margination in some patients and inhibits it in others. Plasma inhibits self-margination of cells in all cases, highlighting the importance of the plasma proteins and adhesive molecules in the aggregation phenomena.

J'ai caractérisé expérimentalement la formation de clusters au cours du passage de globules rouges (GRs) sains et drépanocytaires dans microcapillaires droites. L'effet de l'agrégation a été également étudié. J'ai montré que la formation des clusters dans des conditions physiologiques est due à la combinaison des interactions hydrodynamiques et des celles causées par les macromolécules du plasma. En effet, les interactions macromoléculaires ne sont pas complètement atténuées sous contraintes de cisaillement physiologiques et au contraire ils contribuent à la stabilité des clusters. En outre, j'ai découvert la présence d’une distribution bimodale en ce qui concerne les distances entre les cellules constituant les clusters hydrodynamiques.En plus, j'ai étudié expérimentalement le comportement collectif des globules rouges drépanocytaires oxygénés et leur distribution radiale le long de microcapillaires cylindriques avec un diamètre comparable à ces des veinules et des artérioles humaines. J'ai trouvé que les GRs montrent une distribution hétérogène en fonction de leur densité: les cellules plus légères ont tendance à rester prés du centre du canal, alors que la plupart des cellules denses (et aussi plus rigides) auto-marginent sous des conditions définies. L'agrégation semble d'inhiber l'auto-margination en fonction des patients et en particuliers des facteurs d’agrégation: le dextrane, par exemple, favorise l'auto-margination dans certains patients et il la diminue dans des autres. Le plasma montre de contraster l'auto-margination des GRs dans tous les sujets, en soulignant l'importance des protéines et des molécules adhésives du plasma dans les phénomènes d'agrégation. Finalement, j'ai observé que l'auto-margination se manifeste naturellement au cours de l’écoulement de globules rouges drépanocytaires.

Mots clés: Red blood cells; Aggregation; Microcirculation; Sickle cell disease; Clustering; Self-Margination

Mots clés: Globules Rouge; Caillots; Microcirculation; Drépanocytose; Clustering; Auto-Margination

Domaines: Autre [cond-mat.other]

Viviana Andrea Claveria Pizarro. Flow of healthy and sickle red blood cells in microcirculatory conditions : clustering process and self-margination phenomenon. Other [cond-mat.other]. Université Montpellier; Universität des Saarlandes, 2017. English. ⟨NNT : 2017MONTS081⟩. ⟨tel-01955750⟩