Topic description
Le sujet s'articule autour de l'étude des mécanismes d'agrégation des globules rouges (GR) et de leur impact sur la rhéologie sanguine, en intégrant les dimensions clinique et spatiale des applications. Les globules rouges, cellules déformables transportant l'oxygène, présentent une agrégation réversible médiée par des protéines plasmatiques comme le fibrinogène, particulièrement significative dans les zones de faible cisaillement ou de stagnation. Cette agrégation, négligeable dans la circulation macroscopique normale, devient critique dans la microcirculation, dans des contextes pathologiques (sténoses, insuffisance veineuse) ou en microgravité, où des phénomènes de stagnation et d'inversion de flux ont été observés chez les astronautes, augmentant le risque thrombotique.
Les objectifs principaux de cette visent à caractériser la dynamique d'agglomération et de rupture des agrégats dans des configurations microfluidiques représentatives de la microcirculation (cisaillement, élongationnel, bifurcations), en lien avec les propriétés mécaniques des GR (déformabilité, rigidité) et les conditions hydrodynamiques, ainsi que les conséquences de cette agrégation sur la dynamique d'écoulement en réseau capillaire. A plus grande échelle, il s'intéresse aux corrélations entre microstructure des suspensions et rhéologie en conditions transitoires (débit variable, stagnation, inversion de flux), afin de comprendre comment la taille, la connectivité et la morphologie des agrégats influencent la viscosité apparente du sang et les échelles de temps associées. Une part des travaux vise à évaluer l'impact du vol spatial sur ces processus, mais également à utiliser les moyens d'accès à la microgravité via les plateformes du CNES et de l'ESA (projet KRABS) où l'absence de sédimentation permet d'étudier les phénomènes dynamiques plus finement.
La thèse repose sur le développement de dispositifs microfluidiques adaptés, couplé à des techniques optiques avancées (microscopie holographique numérique, diffusion de lumière) et à des méthodes d'analyse d'images par intelligence artificielle pour quantifier la microstructure et la cinétique des agrégats. Une partie des développements expérimentaux sera réalisée en collaboration avec des cliniciens du CHU Grenoble Alpes pour ancrer les résultats dans un contexte diagnostique, tandis qu'une approche interdisciplinaire avec le laboratoire CREST (ULB) renforcera la dimension internationale du projet.
Le projet vise à améliorer la compréhension fondamentale des liens entre mécanique cellulaire et rhéologie sanguine, tout en fournissant des données expérimentales de référence pour valider des modèles théoriques ou numériques de rhéologie sanguine. Les résultats pourraient contribuer à l'identification de marqueurs physiopathologiques liés à l'agglomération des GR ou leurs propriétés mécaniques, ouvrant des perspectives pour des outils de diagnostic clinique ou des évaluations de risques physiologiques en milieu spatial. En outre, les développements microfluidiques et les techniques d'analyse pourront trouver des applications dans le domaine médical ou biomédical.
Cette thèse s'inscrit dans l'axe « Rhéologie pour le Vivant » du Laboratoire Rhéologie et Procédés (LRP, CNRS/Grenoble INP) et bénéficie d'un soutien financier du CNES pour les aspects expérimentaux au laboratoire et en microgravité. Le projet s'appuie également sur des collaborations nationales et internationales (ULB, CHU Grenoble Alpes)
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This PhD project focuses on elucidating the mechanisms of red blood cell (RBC) aggregation and their impact on blood rheology, addressing both clinical and space-related applications. Red blood cells, deformable cells responsible for oxygen transport, exhibit reversible aggregation mediated by plasma proteins such as fibrinogen. This phenomenon is particularly significant in low-shear or stagnant flow zones, where it becomes critical not only in the microcirculationbut also in pathological contexts (e.g., stenoses, venous insufficiency) and microgravity environments. In space, astronauts have shown cases of flow stagnation and reversal (Marshall-Goebel et al., ), increasing the risk of thrombosis.
The primary objectives of this work are:
•To characterize the dynamics of RBC aggregation and disaggregation in microfluidic setups representative of the microcirculation (shear, extensional, and bifurcation flows), linking these processes to RBC mechanical properties (deformability, rigidity) and hydrodynamic conditions. The study also examines how aggregation affects capillary network flow dynamics.
•To investigate correlations between suspension microstructure and rheology under transient flow conditions(variable flow rates, stagnation, flow reversal), focusing on how aggregate size, connectivity, and morphology influence apparent blood viscosity and associated time scales.
•To assess the impact of spaceflight on these mechanisms, leveraging microgravity platforms provided by CNES and ESA (KRABS project). The absence of sedimentation in microgravity enables finer analysis of dynamic phenomena.
The research methodology is based on:
•The development of tailored microfluidic devices,
•The use of advanced optical techniques (digital holographic microscopy, light scattering),
•AI-driven image analysis to quantify microstructure and aggregate kinetics.
Experimental work will be conducted in collaboration with clinicians from the Grenoble Alpes University Hospital to ground results in a diagnostic context. An interdisciplinary approach with the CREST laboratory (ULB) will enhance the project's international scope.
This thesis aims to advance fundamental understanding of the relationship between cellular mechanics and blood rheology, while providing experimental benchmark data for validating theoretical and numerical models of blood rheology. The findings may contribute to the identification of physiopathological markers related to RBC aggregation or mechanical properties, paving the way for clinical diagnostic tools or risk assessments in space environments. Furthermore, microfluidic developments and analytical techniques could find applications in the medical or biomedical fields.
Originality and Context:
This PhD project is part of the 'Rheology for Life' research axis at the Laboratoire Rhéologie et Procédés (LRP, CNRS/Grenoble INP) and is financially supported by CNES for both laboratory and microgravity experiments. The project also benefits from national and international collaborations (ULB, Grenoble Alpes University Hospital).
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Début de la thèse : 01/10/
WEB :
Funding category
Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)
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