La caractérisation physique de l'agrégation des globules rouges

Physical charaterization of red blood cell aggregation

• Auteur / Autrice : Daniel Amadeus Dominic Flormann
• Direction : Thomas Podgorski, Christian Wagner
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique pour les sciences du vivant
• Date : Soutenance le 29/03/2017
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE) en cotutelle avec Universität des Saarlandes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire de Physique (Grenoble, Isère, France ; 1966-....)
• Jury : Président / Présidente : Rolf Pelster
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claude Verdier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Abdul I. Barakat, Stephan Gekle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rhéologie (biologie)

Agrégation érythrocytaire

Mots clés libres

Agrégation

Globule rouge

Deplétion

Aggregation

Red blood cells

Depletion

Résumé

Ce travail a été réalisé autour de cinq aspects de l’agrégation des globules rouges (RBCs) sanguins induite par des macromolécules. Une approche rhéologique, ciblée sur la normalisation de la viscosité en fonction du taux d’adsorption des macromolécules et mesurée par un rhéomètre commercial, est proposée. Par cette approche, la contrainte seuil de suspensions de cellules sanguines agrégées est aussi évaluée. De plus, les taux de sédimentation des solutions biologiques utilisées sont aussi mesurés. Nos données microscopiques, incluant des mesures d’indice d’agrégation microscopique, ont eu pour conclusion que la protéine C réactive, une protéine du plasma, n’a pas d’influence sur le phénomène d’agrégation des RBCs. Des mesures microscopiques détaillées de la morphologie des zones de contact des RBCs ont montrées que ces dernières dépendent fortement de la concentration de macromolécules, en accord avec des simulations numériques dont ont pu être extraites des valeurs d’énergie d’interaction. Ces dernières ont en outre pu être directement mesurées par microscopie à force atomique avec pour résultat supplémentaire que la viscosité du milieu peut influencer la mesure de manière significative. Enfin, l’origine physique de l’agrégation est discutée et confirmée par des mesures additionnelles. Ceci permet de concilier deux théories et permet d’expliquer la forme en cloche de l’énergie d’interaction en fonction de la concentration en macromolécules d’une nouvelle manière.

In this work, five aspects of the red blood cell aggregation induced by macromolecules are investigated. A rheological approach focused on the normalization of viscosity as a function of the macromolecular adsorption rates using a commercial rheometer is proposed. Derived from that approach, the yield stress of aggregating red blood cell suspensions is investigated. The sedimentation rates of the utilized biological system are then studied. Microscopical investigations, including measurements of the microscopical aggregation index, lead to the conclusion that the C-reactive protein, a plasma protein, does not influence the aggregation behavior of red blood cells. Detailed microscopical studies on the morphology of the interaction zones of aggregated red blood cells show that these strongly depend on the macromolecular concentration in good agreement with numerical simulations that allow to derive an approximation of the interaction energies. The latter are also directly measured with single cell force spectroscopy using an atomic force microscope with the additional result that the viscosity of the surrounding medium can influence the results significantly. Finally, the physical origin of aggregation is discussed and supported by several additional measurements. This allow to combine two existing theories and explain the bell-shape of interaction energy versus macromolecular concentration curve in a new way.