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


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

Les chercheurs ont créé un dispositif polyvalent qui mesure deux propriétés importantes des globules rouges qui sont pertinentes pour les maladies falciformes et autres maladies: la déformation et l'adhésion.

En évaluant l'étendue de la rigidité et l'adhérence des globules rouges d'un patient, le dispositif microfluidique pourrait offrir un moyen de surveiller la progression de la drépanocytose.

Crédit d'image: Grace Gongaware, Cleveland Institute of Art

L'équipe de l'Université Case Western Reserve (CWRU) à Cleveland, OH, décrit l'appareil innovant - une plate-forme microfluidique avec un algorithme informatique qui fait les mathématiques - dans un article publié dans le journal La technologie .

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

Les globules rouges contenant de l'hémoglobine normale sont flexibles et ont la forme d'un beignet avec une faible surface plane au milieu au lieu d'un trou. Cela leur permet de presser les virages circulaires dans les vaisseaux sanguins et les plus petits pour fournir de l'oxygène vital aux tissus et aux organes.

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

Les globules rouges contenant de l'hémoglobine fauve sont moins souples 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 dans les tissus et organes voisins.

Lorsqu'un tel blocage se produit, il provoque une attaque de douleur soudaine et sévère - appelée crise de la douleur - typique de la drépanocytose. Les crises de douleur se produisent 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 dommages généraux aux organes et une mort précoce.

À l'heure actuelle, la seule façon de guérir la maladie falciforme est une transplantation de cellules souches. Mais malheureusement, la plupart des patients sont trop vieux pour une transplantation ou n'ont pas de parent avec une association génétique suffisante pour recevoir des cellules souches transplantables.

Des traitements efficaces existent et ceux-ci peuvent réduire les symptômes et prolonger la vie. Le diagnostic précoce et le suivi régulier pour prévenir les complications contribuent également.

Suivi potentiel de la progression de la maladie

En évaluant l'étendue de la rigidité et de l'adhésivité, ou la «déformabilité et l'adhérence dynamiques» des globules rouges, le nouveau dispositif microfluidique offre un grand potentiel pour surveiller la progression de la drépanocytose, notez les chercheurs.

Ils disent que l'appareil pourrait également aider à la recherche et à développer de nouveaux traitements contre la drépanocytose.

D'autres façons de mesurer la rigidité et l'adhérence dans les globules rouges - tels que la microscopie à force atomique et les pinces optiques - existent, mais ils ne se prêtent pas à travailler avec du sang total dans un contexte clinique, disent 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 l'adhérence des globules rouges à partir du sang total des malades de la cellule.

L'investigateur principal Umut Gurkan, professeur adjoint au département de génie mécanique et aérospatial de CWRU, déclare:

"Le système microfluidique développé ici a le potentiel d'être utilisé à haut débit avec un algorithme automatisé intégré de traitement d'image pour la mesure de la déformation et de 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 autour du corps dans les vaisseaux sanguins. Ils répondent à des «contraintes de cisaillement fluide» extrêmement rapides - ils peuvent se pencher et retrouver leur forme en l'espace de 100 millisecondes.

«Interaction entre la déformabilité dynamique et l'adhésion 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 de temps du rapport d'aspect de la cellule». Essentiellement, le DDI d'une cellule est une mesure de la rapidité avec laquelle il revient à sa forme normale après avoir connu un stress de cisaillement.

Dans leur document, l'équipe décrit une gamme de tests où ils ont mesuré le DDI des globules rouges déformables et non déformables.

Les chercheurs ont également comparé l'adhésion de globules rouges déformables et non déformables à partir d'échantillons de sang prélevés chez des patients atteints de drépanocytose. Ils ont testé l'adhérence des cellules sous différents contraintes de cisaillement - à la fois à l'intérieur et à l'extérieur des gammes observées dans les vaisseaux sanguins normaux.

Ils ont constaté que, aux contraintes de cisaillement de l'écoulement "bien au-dessus de la gamme physiologique", les globules rouges de la faucille non déformables étaient beaucoup plus collants que les globules rouges malades déformables ", ce qui suggère un jeu entre la déformabilité dynamique et l'adhésion accrue" des globules rouges lorsqu'un vaisseau sanguin Un blocage se produit.

L'équipe suggère que le dispositif peut également être utile pour étudier la déformation des cellules qui pourrait être pertinente dans d'autres maladies - comme le diabète, le paludisme et le trouble de la moelle osseuse polycythemia vera.

Les chercheurs envisagent d'étudier la rigidité des globules rouges et l'adhésivité chez plus de patients atteints de cellules souches fauniques afin qu'ils puissent relier les deux propriétés à d'autres maladies et caractéristiques du patient.

Comme la technologie pour les rendre plus coûteuse et plus largement disponible, de plus en plus de chercheurs utilisent des dispositifs microfluidiques de toutes sortes de façons d'enquêter, de diagnostiquer et même de traiter des maladies.

Par exemple, Medical-Diag.com A récemment appris comment une «puce de FIV» incorporant la microfluidique avec des techniques d'imagerie a permis aux chercheurs de filmer un seul spermage fusion avec un ovule.

Et en mai 2015, un autre article décrit comment les scientifiques utilisent la technologie microfluidique pour développer de nouveaux vaccins immunothérapiques. En utilisant la technologie microfluidique, ils peuvent presser les cellules B du système immunitaire afin que leurs membranes développent des trous temporaires à travers lesquels des antigènes qui programment des réponses immunitaires spécifiques peuvent être insérés.

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