Soutenance de thèse de REVAZ CHACHANIDZE

Le sang est une suspension biologique dense. Environ 40% à 50% du volume sanguin est représenté par les érythrocytes (ou globules rouges, RBCs) , 0,5-1% est formé par les autres particules, tels que les leucocytes (ou globules blanches, WBCs) et les thrombocytes (plaquettes). Le milieu de la suspension est un liquide Newtonienne appelé plasma. Le comportement rhéologique du sang est principalement déterminée par les RBCs. Leur fonction biologique principale est de maintenir l’échange gazeuse dans le corps. La signification physiologique du sang et la complexité de son comportement rhéologique a attiré les chercheurs dans cet domaine pendant les décennies. Parmi les nombreux phénomènes particuliers qu’on trouve dans l’hémodynamique, c’est la margination qui est dans le focus des chercheurs ces dernières années. La margination peut étre defini comme l’abilité des certaines particules suspendues de traverser le flux vers les parois de canal. Dans l’hémodynamique ce phénomène est notamment important car il veille à la présence de globules blanches proche des parois vasculaires et permet leurs adhèsion et migration aux cites inflamatoires. La concentration élevé des plaquettes aux parois vasculaires est associé avec la formation de thrombus et réparation endothéliale. En outre, dans le cas de certaines maladies lorsque les propriétés mécaniques des cellules rouges du sang ont été modifiés, ces cellules ainsi montrer l’affinité de la migration latérale dans l’écoulement. Ailleurs, lse progrès récent dans le domain de distribution des médicaments ciblés cause l’intérêt de la margination des vecteurs. Les mécanismes conduisant à la margination ne sont pas complètement compris et très peu de travaux expérimentaux ont été réalisés, surtout les études qui compte la margination dans l’écoulement 3D. Ce travail a été réalisé dans l’I. R. P. H. E. (Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre), unité de recherche de l’Université d’Aix-Marseille en collaboration avec l’Université de la Sarre, la Faculté de Physique Expérimentale. Cette étude est consacrée à une meilleure compréhension de la microcirculation du sang in vitro, ainsi que des phénomènes collectifs qui prennent place dans la microcirculation. Il se concentre principalement sur la margination en fonction du contrast de rigidité dans une suspension de globules rouges. L’expérience modale a été développé pour étudier margination, causée exclusivement par le contraste de la déformabilité entre les deux sous-populations de globules rouges: les saines et les rigidifiées. Ce manuscrit est composée de six chapitres distincts. Dans la prémier chapitre est consacré nous allons présenter le support théorétique et les connaissances actuelles sur la structure de microcirculation sanguine. Ici nous alons introduire les problèmes étudiés et formaliser les objectifs. Le second chapitre décrit les dispositifs expérimentals et les methodes generales utilisés dans cette etude. Dans le troisième chapitre nous allons présenter les techniques mises en oeuvre dans ce travaile pour contrôler les paramètres des expériences. Le quatrième chapitre decrit les plusieurs études de margination effectuées dans le cadre de ce thèse. Le nouveau méthode consacré à l’analyse des formes de globules rouges individuelles est presenté dans le cinquième chapitre. Enfin, les résultats de ce thèse sont résumés dans le dernier chapitre.

Blood is a dense biological suspension. Around 40% to 50% of blood volume is represented by red blood cells (RBCs), 0.5-1% is formed by other suspended particles such as white blood cells (WBCs) and thrombocytes (platelets). The medium of the suspension is a Newtonian fluid called plasma. The rheological behaviour of blood is primarily determined by RBCs, whose main biological function is the maintenance of gas exchange in the body. The physiological importance of blood and the complexity of it’s rheological behaviour has been attracting researches to this field of study for decades. Among many particular phenomena, taking place in hemodynamics, it is margination that causes interest of researches in recent years. Margination can be described as the ability of certain suspended particles to travel from bulk flow to vessel wall. In blood, this phenomenon of cells segregation plays a crucial physiological role. It ensures the presence of leukocytes close to vascular endothelium which allows their adhesion and further migration to inflammatory cites. Near-wall enrichment of platelets concentration is believed to be associated with fast blood clot formation and edothelial repair. Additionally, in case of certain diseases when mechanical properties of red blood cells were altered, those cells as well show the affinity of lateral migration in flow. Moreover, recent advances in targeted drug delivery arouse the interest in margination of drug carriers. The mechanisms leading to margination are not fully understood and very few experimental works have been performed, especially considering margination in 3D flow. This work was carried out in collaboration between I.R.P.H.E. (Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Équilibre), research unit of Aix-Marseille University and University of Saarland, Faculty of Experimental Physics (Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät der Universität des Saarlandes) and aims to investigate microcirculatory hydrodynamics of blood in vitro. The study is dedicated to better understanding of complex collective phenomena that take place in micro-circulation of blood through microfluidic in vitro experiments. It mainly focuses rigidity based margination in suspension of RBCs. For this purpose, model experiment was developed to examine margination caused exclusively by contrast of deformability between two subpopulations of RBCs. This thesis organized is as follows. In the introduction a short overview and objectives are presented as well as a presentation of the state of the art of margination studies and a theoretical support on the physics behind studied system. The second chapter is dedicated to general materials and methods, that were employed in the course of this study. In the third chapter we will describe techniques designed in order to control experimental parameters of this study. The fourth chapter is dedicated to the several studies about rigidity based margination. In the fifth chapter we will discuss original method of analysing shapes of individual RBCs. The last chapter is dedicated to conclusions where we will summarize the results of this work.