Development of a microfluidic method for the preparation of mimetic microparticles of red blood cells with controllable size and mechanical properties
Développement d'une méthode microfluidique pour la préparation de microparticules mimes de globules rouges avec une taille et des propriétés mécaniques contrôlables
Résumé
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 Young’s 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.
Ce travail de thèse fait partie d’un projet ANR appelé CUMBA (Cellular Ultrasonic imaging Modality to assess red Blood cell Aggregation in vivo) qui vise à prédire l’agrégation de globules rouges (GRs). En effet, l’hyperagrégation de GRs est un trouble hémorhéologique qui cause des dysfonctions microvasculaires et des thromboses veineuses. De plus, l’hyperagrégation de GRs est liée à l’augmentation de macromolécules plasmatiques inflammatoires, comme lors d’une transplantation d’organe. Ainsi, le but du projet CUMBA est de surveiller in situ l’agrégation de GRs grâce à une modalité d’imagerie ultrasonore mise au point pour du diagnostic précoce de l’hyperagrégation. 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, l’utilisation de tensioactifs est à éviter pour l’application dans le dispositif d’imagerie 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 d’un polymère naturel, l’alginate de sodium (Na-alginate), avec du chlorure de calcium pour former un gel d’alginate 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 l’absence 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.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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