Soutenance de thèse de Cheng ZHANG
Ecole Doctorale
Physique et Sciences de la Matière
Spécialité
PHYSIQUE & SCIENCES DE LA MATIERE - Spécialité : MATIERE CONDENSEE et NANOSCIENCES
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
microfluidique,microparticule,hydrogel,,
Keywords
microfluidic,microparticle,hydrogel,,
Titre de thèse
développement d'une méthode microfluidique pour la préparation de microparticules mimes de globules rouges avec une taille et des propriétés mécaniques contrôlables
development of a microfluidic method for the preparation of red blood cell mimicking microparticles with controllable sizes and mechanical properties
Date
Jeudi 6 février 2020
à 14:00
Adresse
CINaM - UMR 7325
CNRS - Aix Marseille Université
Campus de Luminy Case 913
13288 MARSEILLE Cedex 09
Salle Raymond Kern
Jury
CoDirecteur de these | Mme Nadine CANDONI | CINaM-CNRS, AMU-Polytech Marseille |
Directeur de these | M. Stéphane VEESLER | CINaM-CNRS |
Rapporteur | M. Stéphane DUBAS | The Petroleum and Petrochemical College - PPC Chulalongkorn University |
Rapporteur | M. Abdelhamid ELAISSARI | Université Lyon 1 - LAGEP |
Examinateur | Mme Valérie DEPLANO | IRPHE CNRS UMR 7342 |
Examinateur | M. Manuel ILDEFONSO | Université de Pau et des Pays de l'Adour |
Résumé de la thèse
Ce travail de thèse fait partie dun projet ANR appelé « CUMBA » (Cellular Ultrasonic imaging Modality to assess red Blood cell Aggregation in vivo) qui vise à prédire lagrégation de globules rouges (GRs). En effet, lhyperagrégation de GRs est un trouble hémorhéologique qui cause des dysfonctions microvasculaires et des thromboses veineuses. De plus, lhyperagrégation de GRs est liée à laugmentation de macromolécules plasmatiques inflammatoires, comme lors dune transplantation dorgane. Ainsi, le but du projet CUMBA est de surveiller in situ lagrégation de GRs grâce à une modalité dimagerie ultrasonore mise au point pour du diagnostic précoce de lhyperagrégation. Dans ce contexte, des microparticules mimes de GRs sont indispensables pour la calibration et les premiers tests sur un modèle. Pour cela, les microparticules doivent être contrôlées en taille et en propriétés mécaniques. De plus, lutilisation de tensioactifs est à éviter pour lapplication dans le dispositif dimagerie ultrasonore.
Cette thèse porte sur une méthode microfluidique à base de gouttes et sans ajout de tensioactifs pour préparer les microparticules mimes de GRs. Les microparticules sont obtenues par gélification ionique dun polymère naturel, lalginate de sodium (Na-alginate), avec du chlorure de calcium pour former un gel dalginate de calcium (Ca-alginate). La gélification est étudiée in situ dans le système microfluidique ou ex situ après la collecte de microparticules de Na-alginate. La taille, la structure et la teneur en alginate des microparticules de Na- et Ca-alginate formées sont étudiées en fonction des paramètres opératoires du montage microfluidique. La méthode microfluidique développée tout au long de cette thèse permet de contrôler la taille et les propriétés mécaniques des microparticules de Ca-alginate tout en évitant leur coalescence, malgré labsence de tensioactifs. Ainsi, des microparticules de Ca-alginate monodisperses et présentant un module de Young proche des GRs sont obtenues et la faisabilité de leur utilisation pour des mesures ultrasonores est également montrée. Par ailleurs, des méthodes alternatives explorées en parallèle sont présentées à la fin de la thèse.
Thesis resume
This work is included in an ANR project named CUMBA (Cellular Ultrasonic imaging Modality to assess red Blood cell Aggregation in vivo) whose purpose is to predict the aggregation of red blood cells (RBCs). The hyperaggregation of RBCs is a hemorheological disorder which leads to microvascular dysfunctions and venous thromboses. Moreover, RBCs may also aggregate during the organ transplantation due to the increase of inflammatory plasmatic macromolecules. The aim of the project CUMBA is to develop an ultrasonic imaging modality permitting in situ monitoring of RBC aggregation for early diagnosis of hyperaggregation. In this context, RBC-like microparticles are essential for both calibration and preliminary tests on the model. To do this, microparticles must be controlled in size and mechanical properties. In addition, the use of surfactants should be avoided for application in the ultrasound imaging device.
This thesis focuses on a droplet-based microfluidic method without the addition of surfactants to prepare RBC-like microparticles. The microparticles are obtained by ionic gelation of a natural polymer, sodium alginate (Na-alginate), with calcium chloride to form a gel of calcium alginate (Ca-alginate). Gelation is studied in situ in the microfluidic system or ex situ after the collection of Na-alginate microparticles. The size, the structure and the alginate concentration of the final microparticles are studied according to the operating parameters of the microfluidic system. The microfluidic method developed throughout this thesis allows to control the size and mechanical properties of Ca-alginate microparticles while avoiding their coalescence, despite the absence of surfactants. Thus, monodispersed Ca-alginate microparticles with a Youngs modulus close to that of RBCs are obtained and the feasibility of their use for ultrasonic measurements is also shown. In addition, alternative methods explored in parallel are presented at the end of the thesis.