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Ordre et désordre d’une assemblée de globules rouges sous écoulement

publié le , mis à jour le

Des globules rouges (GR) sains sous écoulement s’ordonnent comme un cristal tandis que des GR pathologiques succombent au désordre, ouvrant ainsi la voie à un nouveau diagnostic sanguin simple et direct.

A la différence des fluides simples (comme l’eau) les lois qui régissent les écoulements sanguins restent à bâtir. Leur compréhension permettra de contribuer à cerner les origines de nombreuses pathologies cardiovasculaires (la plus grande cause de mortalité dans le monde), de proposer des diagnostics originaux sur les pathologies sanguines, etc… Environ la moitié du volume sanguin est composée de globules rouges (GR), l’autre moitié est occupée par le plasma, tandis que les autres corpuscules sanguins (globules blancs, plaquettes, et protéines) n’occupent que 1% du volume. Ainsi les propriétés des écoulements sanguins sont dominées par les GR, qui interagissent entre eux via le plasma (interaction dite hydrodynamique). Les GR sont responsables du transport d’oxygène depuis les poumons jusqu’aux capillaires sanguins. A ce jour la description des écoulements sanguins reste un défi scientifique majeur. Il devient donc important de concevoir des expériences et simulations prototypiques permettant de dévoiler les secrets que recèlent la circulation du sang.

Une simulation numérique et une expérience réalisées au LIPHY (en collaboration avec des équipes allemandes et américaine) marquent un pas important vers notre compréhension des écoulements sanguins. Ce travail a été publié dans Physical Review Letters, et montre que les GR sains assez dilués dans une solution physiologique et soumis à un écoulement dit de cisaillement (obtenu en déplaçant deux plaques rigides parallèles à vitesse égales et opposées) s’ordonnent dans une structure cristalline bidimensionnelle au milieu de l’entrefer entre les deux plaques (Films 1 et 2). Cet ordre est troublant puisque les GR en interactions entre eux étaient connus pour se comporter comme des particules browniennes (diffusion hydrodynamique), favorisant le désordre, comme on le voit bien dans les gros vaisseaux sanguins in vivo ou in silico. L’ordre obtenu au laboratoire est subtil, mais ne met en jeu que l’interaction hydrodynamique. Quand les GR sains sont rigidifiés (mimant des pathologies comme l’anémie falciforme), l’ordre disparait au profit du désordre (Film 3). Ce résultat peut être exploité en vue de diagnostic sanguin rapide et peu couteux, et ne nécessitant qu’une quantité infime de sang (quelques microlitres). En outre, il offre un exemple fondamental sans précédent ou un seul type d’interaction entre GR peut conduire à l’ordre et à la transition vers le désordre, tandis que dans d’autres domaines de la matière condensée plusieurs ingrédients sont nécessaires.

Contact : Chaouqi Misbah

Des globules rouges s’ordonnent sous écoulement (Expériences)

Des globules rouges s’ordonnent sous écoulement (Simulations)

Quand les globules rouges sains sont rigidifiés (mimant des pathologies comme l’anémie falciforme), l’ordre disparait au profit du désordre

La presse en parle

Voir en ligne : Blood crystal : emergent order of red blood cells under wall-confined shear flow, Phys. Rev. Lett., Zaiyi Shen, Thomas M. Fischer, Alexander Farutin, Petia M. Vlahovska, Jens Harting and Chaouqi Misbah