Soutenance de thèse de Alexis MOREAU

La déformabilité des globules rouges (GRs) est essentielle pour leur bonne circulation et représente des enjeux sociétaux forts de part la présence de maladies pour lesquelles les GRs sont rigidifiés. Ces maladies sont: la drépanocytose, la sphérocytose et le paludisme. De plus, cette déformabilité cellulaire représente également un enjeu d’ingénierie pour la fabrication de GRs artificiels. Il est alors nécessaire de s’assure que ces GRs artificiels soient suffisamment déformables pour circuler correctement dans notre organisme. La déformabilité cellulaire permet à la cellule d’adopter différentes formes en fonction de contraintes mécaniques externes. Cette déformabilité est définie par quatre paramètres mécaniques différents en considérant le GR comme un objet passif. Ces paramètres sont: le module d’étirement; le module de cisaillement; le module de courbure et le rapport surface/volume qui permet de redistribuer le volume cellulaire à surface constante. A l’heure actuelle, nous ne connaissons pas quelles sont les conditions nécessaires et suffisantes des GRs caractérisant leur déformabilité. Dans le cadre de ma thèse, je propose alors de comprendre et de regarder l’organe qui jauge ces propriétés mécaniques nécessaires et suffisantes de déformabilité des GRs: la rate. Cet organe est dédié à évaluer la déformabilité des GRs, et à éliminer ceux qui ne sont alors plus suffisamment déformables pour ne pas engendrer de bouchon et d’occlusion vasculaire. Dans cet organe, les GRs qui se trouvent dans une circulation ouverte doivent passer à travers de très fines fentes inter-endothéliales de largeurs sub-micrométriques pour retourner dans la circulation sanguine. Ceux n’étant plus suffisamment déformables, restent bloqués au niveau de ces fentes et sont éliminés de la circulation par un tissu de macrophage. Au cours de mon doctorat, j’ai mimer les conditions de géométrie et d’écoulement des fentes spléniques inter-endothéliales. J’ai compris les mécanismes de passage et de séquestration des GRs dans ces fentes. Pour cela, j’ai utilisé un dispositif microfluidique pour étudier les mécanismes de passage des GRs selon la pression appliquée, la taille des fentes ainsi que la température. J’ai étudié les propriétés mécaniques de GRs sains et de GRs infectés par P. falciparum à différents stades de développement après traitement à l’AS. Je me suis également consacré à l’activité biologique de ces GRs en étudiant l’effet de canaux mécano-sensibles présents à la surface des hématies. L’ensemble des expériences in- vitro ont été comparées à des expériences réalisées in-silico effectuées par notre collaborateur numéricien: Dr, Zhangli Peng.

The deformability of red blood cells (RBCs) is essential for their proper circulation and represents a strong societal challenge due to the presence of diseases for which RBCs are rigidified. These diseases are: sickle cell disease, spherocytosis and malaria. Moreover, this cellular deformability also represents an engineering challenge for the manufacture of artificial GRs. It is then necessary to ensure that these artificial RBCs are sufficiently deformable to circulate properly in our body. Cellular deformability allows the cell to adopt different shapes according to external mechanical constraints. This deformability is defined by four different mechanical parameters by considering the GR as a passive object. These parameters are: the stretch modulus; the shear modulus; the curvature modulus; and the surface/volume ratio which allows the cell volume to be redistributed at constant surface area. At present, we do not know what are the necessary and sufficient conditions for RBCs characterizing their deformability. In the framework of my thesis, I propose to understand and look at the organ that gauges these necessary and sufficient mechanical properties of RBCs deformability: the spleen. This organ is dedicated to evaluate the deformability of RBCs, and to eliminate those that are no longer sufficiently deformable to avoid vascular blockage and occlusion. In this organ, RBCs that are in an open circulation must pass through very fine interendothelial slits of sub-micrometric widths to return to the bloodstream. The RBCs that are no longer sufficiently deformable remain blocked in these slits and are eliminated from the circulation by macrophage tissue. During my PhD, I mimicked the geometry and flow conditions of interendothelial splenic slits. I understood the mechanisms of passage and sequestration of RBCs in these slits. For this, I used a microfluidic device to study the mechanisms of passage of RBCs according to the applied pressure, the size of the slits and the temperature. I studied the mechanical properties of healthy RBCs and P. falciparum infected RBCs at different stages of development after AS treatment. I have also devoted myself to the biological activity of these RBCs by studying the effect of mechano-sensitive channels present on the surface of red blood cells. All the in vitro experiments were compared to in-silico experiments performed by our numerical collaborator: Dr. Zhangli Peng.