Surveillance tridimensionnelle de la sédimentation des globules rouges sous influence de champs magnétiques externes

Surveillance tridimensionnelle de la sédimentation des globules rouges et l’impact des champs magnétiques externes : une nouvelle perspective scientifique

Contexte et objectifs de l’étude

Avec la large diffusion des appareils électroniques dans la société moderne, l’environnement humain est de plus en plus influencé par des champs magnétiques externes (Magnetic Fields, MFs). Cependant, la communauté scientifique n’a pas encore développé une compréhension complète de ces champs sur les organismes vivants, en particulier sur le comportement des globules rouges (Red Blood Cells, RBCs). Les globules rouges jouent un rôle crucial dans le transport de l’oxygène. Leur forme et leur taille permettent une circulation fluide dans les capillaires les plus étroits, assurant ainsi une distribution efficace d’oxygène à tous les tissus et organes du corps. Pour évaluer les inflammations ou d’autres états pathologiques, le taux de sédimentation des érythrocytes (Erythrocyte Sedimentation Rate, ESR) est une technique de diagnostic en hématologie largement utilisée. Cependant, cette technique manque de précision pour un suivi dynamique tridimensionnel des processus circulatoires.

Les chercheurs ont découvert que l’hémoglobine contenue dans les globules rouges, en raison de sa composition en ions ferreux, est sensible aux champs magnétiques. Lorsqu’il est soumis à un champ magnétique intense, le comportement des globules rouges peut être modifié de manière significative, par exemple en accélérant leur vitesse de sédimentation ou en réduisant la viscosité sanguine. Cependant, une exposition incontrôlée ou prolongée à des champs magnétiques pourrait avoir un impact négatif sur la physiologie humaine. Par conséquent, l’exploration de l’effet des champs magnétiques externes sur le comportement des globules rouges, ainsi que les variations tridimensionnelles de leur sédimentation, présente à la fois un intérêt biophysique fondamental et ouvre de nouvelles perspectives pour le diagnostic et le traitement des maladies en médecine moderne.

Auteur·es et source de l’article

Cet article a été rédigé par Kowsar Gholampour et Ali-Reza Moradi, affilié·es respectivement au Département de physique de l’Institute for Advanced Studies in Basic Sciences (IASBS), à Zanjan, et à l’Institute for Research in Fundamental Sciences (IPM), à Téhéran, en Iran. La publication, qui présente une application innovante de la microscopie holographique numérique (Digital Holographic Microscopy, DHM) pour la surveillance tridimensionnelle des globules rouges, est parue dans le numéro du 1er février 2025 de Biomedical Optics Express (volume 16, numéro 2).

Méthodologie et déroulement de l’étude

Cet article décrit une étude expérimentale visant à utiliser la DHM pour analyser l’influence de champs magnétiques externes de différentes intensités sur la sédimentation des globules rouges, en mettant l’accent sur les dynamiques micro-localisées près des parois des contenants. Le design expérimental suit une procédure rigoureuse et est organisé en plusieurs étapes successives :

1. Préparation des échantillons
   Du sang humain frais a été fourni par la banque de sang locale à Zanjan, en Iran. Après une centrifugation à froid (3000 g, 10 minutes, 4 °C) pour extraire le plasma et la couche leucocytaire (Buffy Coat), les globules rouges ont été resuspendus trois fois dans une solution saline physiologique (150 mM NaCl) à une hématocrite de 0,5 %. Les échantillons ont été maintenus à 37 °C dans un bain-marie afin de minimiser les effets liés aux variations de température sur les expériences.

2. Configuration tridimensionnelle et génération de champs magnétiques
   L’expérience repose sur un système en mode transmission Mach-Zehnder avec un trajet de lumière fixe, intégré à un générateur pour produire des champs magnétiques de différentes intensités. La chambre d’échantillon est une cuvette en quartz de 3,5 mL (section de 10 mm × 10 mm), positionnée entre deux bobines générant des champs de 8, 13 et 16 mT.

3. Application de la DHM
   Au début des expériences, les suspensions contenant des globules rouges ont été injectées à la surface supérieure de la solution avec un débit contrôlé. Une caméra enregistrait des hologrammes numériques à une fréquence de 25 images par seconde. Les hologrammes ont ensuite été traités pour la reconstruction numérique, l’analyse de phase et le suivi 3D. Grâce à la fonctionnalité de mise au point numérique de la DHM, les chercheurs ont pu obtenir des images claires des globules rouges à différentes profondeurs sans ajustement mécanique direct et analyser avec précision leurs trajectoires et vitesses.

4. Modélisation théorique et calculs numériques
   Sur la base des données expérimentales, les auteurs ont développé un modèle théorique intégrant les forces clés affectant la sédimentation des globules rouges : force magnétique, gravité, force de traînée du fluide et effet de proximité de la paroi. En appliquant des formules telles que la loi de Stokes et l’analyse des gradients de champ, le modèle prédit les comportements distincts des globules en fonction des conditions expérimentales.

Résultats expérimentaux et analyse

Les observations clés des expériences incluent :

1. Évolution tridimensionnelle des trajectoires
   Sous différents champs magnétiques, les trajectoires de sédimentation ont affiché des variations significatives. Sans champ, les trajectoires des globules rouges étaient relativement courbées, tandis que sous des champs de 8 à 16 mT, les globules suivaient des chemins plus verticaux, avec des déviations nettement réduites, en particulier près des parois.

2. Augmentation des vitesses de sédimentation
   La vitesse de sédimentation a augmenté de manière mesurable avec l’intensité du champ magnétique. Par exemple, près des parois, les globules rouges mettaient moins de 0,1 seconde pour sédimenter de 100 µm sous un champ de 16 mT, contre 0,6 seconde sans champ. Les fluctuations de vitesse étaient réduites à proximité des parois, bien qu’elles augmentaient légèrement à mesure que le champ magnétique devenait plus intense.

3. Renforcement de l’effet de proximité
   Les champs magnétiques semblaient favoriser la sédimentation des globules rouges près des parois, probablement en raison de gradients de champ plus prononcés dans ces régions.

Conclusion et implications

Cette recherche démontre expérimentalement que les champs magnétiques externes peuvent accélérer la sédimentation des globules rouges, notamment près des parois. Cet effet est attribué à la sensibilité magnétique de l’hémoglobine. Scientifiquement, l’étude valide les modèles théoriques tout en ouvrant de nouvelles voies pour simuler les dynamiques microscopiques du sang dans les veines. Pratiquement, ces résultats suggèrent que les champs magnétiques pourraient être utilisés pour moduler les propriétés rhéologiques du sang, tout en alertant sur les risques possibles associés à une exposition prolongée à des champs provenant des appareils électroniques du quotidien.

Significativement, la DHM utilisée dans cette étude, grâce à ses capacités temporelles et spatiales de haute résolution, offre une voie unique pour le suivi 3D des phénomènes dynamiques dans les systèmes biologiques microscopiques.

Perspectives et valeur pour la recherche future

Les chercheurs insistent sur la nécessité d’études supplémentaires concernant l’effet des champs magnétiques faibles mais prolongés générés par les appareils électroniques sur la santé humaine. Par exemple, il apparaît nécessaire de valider les impacts des champs magnétiques à des intensités cliniques et d’enquêter sur les conséquences cumulatives des expositions à long terme. Par ailleurs, la méthodologie pourrait être étendue à d’autres investigations biomédicales, telles que l’analyse du transfert de fluides complexes ou le développement d’outils diagnostiques ou thérapeutiques assistés par champs magnétiques.

Cette recherche, qui combine savamment expérimentation et modélisation, propose un cadre systémique pour étudier les dynamiques microscopiques des globules rouges sous l’influence de champs magnétiques. Elle constitue une avancée majeure dans la compréhension biophysique tout en mettant en évidence les défis pour la santé publique dans un environnement électronique omniprésent.