Un nouveau dispositif mesure la rigidité et l'adhésivité des globules rouges

Les chercheurs ont créé un dispositif polyvalent qui mesure deux propriétés importantes des globules rouges qui sont pertinentes pour la drépanocytose et d'autres maladies: la déformation et l'adhérence.
En évaluant l'ampleur de la rigidité et de la viscosité des globules rouges d'un patient, le dispositif microfluidique pourrait constituer un moyen de surveiller la progression de la drépanocytose.
Crédit d'image: Grace Gongaware, Institut d'art de Cleveland

L’équipe, de l’Université Case Western Reserve (CWRU) à Cleveland, OH, décrit le dispositif innovant - une plate-forme microfluidique avec un algorithme informatique qui fait le calcul - dans un article publié dans la revue. La technologie.

La drépanocytose est un groupe de troubles héréditaires des globules rouges. Les personnes atteintes de la maladie ont une hémoglobine anormale - la protéine qui transporte l'oxygène - dans leurs globules rouges. L'hémoglobine anormale s'appelle l'hémoglobine de faucille.

Les globules rouges contenant de l'hémoglobine normale sont flexibles et ont la forme d'un beignet avec une mince surface plate au milieu au lieu d'un trou. Cela leur permet de serrer les coudes dans les vaisseaux sanguins et à travers les plus petits pour délivrer de l'oxygène vital aux tissus et aux organes.

Cependant, l'hémoglobine drépanocytaire a tendance à former des bâtonnets rigides à l'intérieur du globule rouge - le transformant en croissant ou en faucille qui donne son nom à la maladie.

Les globules rouges contenant de l'hémoglobine falciforme sont moins flexibles que les globules rouges normaux et ont également tendance à être plus collants. Ces deux caractéristiques augmentent le risque qu'elles provoquent un blocage dans un vaisseau sanguin et empêchent l'apport d'oxygène aux tissus et organes voisins.

Lorsqu'un tel blocage se produit, il provoque une attaque de douleur soudaine et sévère - appelée crise de douleur - typique de la drépanocytose. Les crises de douleur surviennent sans avertissement et nécessitent souvent une hospitalisation pour un traitement efficace.

Dans les cas extrêmes, le blocage des vaisseaux sanguins dans la drépanocytose peut entraîner des lésions organiques étendues et une mort précoce.

Actuellement, la transplantation de cellules souches est le seul moyen de guérir la drépanocytose. Mais malheureusement, la plupart des patients sont soit trop âgés pour une greffe, soit n’ont pas de parent avec une correspondance génétique suffisante pour recevoir des cellules souches transplantables.

Des traitements efficaces existent et ceux-ci peuvent réduire les symptômes et prolonger la vie. Un diagnostic précoce et une surveillance régulière pour prévenir les complications sont également utiles.

Surveillance potentielle de la progression de la maladie

En évaluant l'ampleur de la rigidité et de la viscosité, ou la "déformabilité dynamique et l'adhérence" des globules rouges, le nouveau dispositif microfluidique offre un grand potentiel pour surveiller la progression de la drépanocytose, notent les chercheurs.

Ils disent que le dispositif pourrait également aider à la recherche et au développement de nouveaux traitements pour la drépanocytose.

D'autres moyens de mesurer la rigidité et la viscosité des globules rouges, tels que la microscopie à force atomique et les pinces optiques, existent, mais ils ne se prêtent pas au travail du sang total dans un contexte clinique, affirment les chercheurs.

Ils notent que leur appareil peut évaluer la rigidité d'un seul globule rouge et, en imitant les propriétés des vaisseaux sanguins, évaluer le caractère collant des globules rouges du sang total de patients atteints de drépanocytose.

Le chercheur principal, Umut Gurkan, professeur adjoint au Département de génie mécanique et aérospatial du CWRU, a déclaré:

"Le système microfluidique développé ici a le potentiel d'être utilisé à haut débit avec un algorithme de traitement d'image automatisé intégré pour mesurer la déformabilité et l'adhérence des globules rouges dans le sang des patients."

Les auteurs expliquent que les globules rouges sains subissent une déformation réversible lorsqu'ils circulent dans le corps dans les vaisseaux sanguins. Ils réagissent extrêmement rapidement aux «contraintes de cisaillement du fluide»: ils peuvent se plier et retrouver leur forme en l'espace de 100 millisecondes.

"Interaction entre la déformabilité dynamique et une adhérence accrue"

Pour évaluer la déformabilité dynamique des globules rouges, les chercheurs ont utilisé ce qu’ils appellent un indice de déformabilité dynamique (DDI), qu’ils définissent comme «le changement dépendant du temps du rapport d’aspect des cellules». Essentiellement, le DDI d'une cellule mesure la rapidité avec laquelle elle reprend sa forme normale après avoir subi une contrainte de cisaillement de l'écoulement.

Dans leur article, l'équipe décrit une série de tests où ils ont mesuré l'IDD de globules rouges déformables et non déformables.

Les chercheurs ont également comparé l'adhérence de globules rouges déformables et non déformables à des échantillons de sang prélevés chez des patients atteints de drépanocytose. Ils ont testé le caractère collant des cellules sous différentes contraintes de cisaillement, aussi bien à l'intérieur qu'à l'extérieur des vaisseaux sanguins normaux.

Ils ont constaté qu’au niveau du cisaillement de l’écoulement, les hématies non déformables étaient beaucoup plus collantes que les hématies déformables, ce qui suggère une interaction entre la déformabilité dynamique et l’adhésion accrue des globules rouges lorsque les vaisseaux sanguins le blocage se produit.

L'équipe suggère que le dispositif pourrait également être utile pour étudier la déformation des cellules qui pourraient être pertinentes dans d'autres maladies, telles que le diabète, le paludisme et la polycythémie vera, une maladie de la moelle osseuse.

Les chercheurs envisagent d'étudier la rigidité et l'adhésivité des globules rouges chez un plus grand nombre de patients atteints de drépanocytose afin de pouvoir relier les deux propriétés à d'autres caractéristiques de la maladie et du patient.

Comme la technologie pour les rendre moins chères et plus largement disponibles, de plus en plus de chercheurs utilisent des dispositifs microfluidiques pour étudier, diagnostiquer et peut-être même traiter des maladies.

Par exemple, Nouvelles médicales aujourd'hui ont récemment appris comment une "puce de FIV" intégrant la microfluidique à des techniques d'imagerie permettait aux chercheurs de filmer un seul spermatozoïde en fusion avec une cellule ovoïde.

Et en mai 2015, un autre article décrivait comment les scientifiques utilisent la technologie microfluidique pour développer de nouveaux vaccins contre l'immunothérapie. En utilisant la technologie microfluidique, ils peuvent comprimer les cellules B du système immunitaire, de sorte que leurs membranes développent des trous temporaires à travers lesquels des antigènes programmant des réponses immunitaires spécifiques peuvent être insérés.

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