Une étude, dont les résultats intitulés «Elastohydrodynamic Lift at a Soft Wall» ont été publiés dans la revue Physical Review Letters et sont disponibles en pdf, a permis de mettre en évidence l’influence de la déformation d’une paroi molle sur la trajectoire d’objets microscopiques dans un fluide, un effet qui pourrait contribuer à expliquer comment les globules rouges se répartissent dans les petits vaisseaux sanguins.

Indiquons tout d'abord que, «contrairement aux situations d’écoulements à haute vitesse pour lesquelles des forces de portance permettent par exemple aux avions de décoller, une microparticule sphérique se déplaçant lentement dans un fluide au voisinage d’une surface n’est pas censée s’en éloigner», sauf «si la sphère ou la surface sont suffisamment molles pour être déformées par la pression dans le fluide».

Ce couplage entre «la déformation élastique d’objets immergés et des forces de pressions induites par un écoulement», qui «est au cœur de sujets variés en biophysique, tels que la nage de microorganismes, les processus de biolubrification ayant lieu dans les articulations ou la circulation sanguine», se nomme élastohydrodynamique.

Dans la circulation sanguine, «il est déjà bien établi que la déformabilité des cellules sanguines joue sur leur répartition dans les vaisseaux: les globules blancs et les plaquettes, peu déformables, se répartissent au voisinage des parois tandis que les globules rouges, plus mous, s’en éloignent sous l’effet de forces élastohydrodynamiques répulsives».

Cependant, jusqu'ici, «la déformabilité des parois elle-même n’avait jamais été prise en compte», alors que «les cellules couvrant la surface intérieure des vaisseaux sanguins sont recouvertes d’une couche de biopolymères très molle (module élastique de 10-100 Pa) atteignant jusqu’à 1 micron d’épaisseur, appelée glycocalyx».

Dans ce contexte, l'étude ici présentée a montré, «en utilisant un modèle in vitro de circulation sanguine», que «la présence d’une couche très mince de biopolymères décorant une surface plane indéformable suffit à induire des forces élastohydrodynamiques répulsives qui font décoller des microsphères rigides».

Plus précisément, la surface d’un canal microfluidique a été décorée «avec une brosse dont les poils sont composés de brins d’acide hyaluronique, l’un des principaux composants du glycocalyx», et «le mouvement en trois dimensions de microbilles entrainées par un écoulement contrôlé au voisinage de cette couche de biopolymères» a été analysé optiquement.

Alors qu'en l’absence de brosse, «les billes, modélisant des cellules sanguines non déformables, restent plaquées par la gravité sur la paroi rigide», la présence d’une brosse déformable «suffit à induire des forces élastohydrodynamiques répulsives qui font décoller des microsphères rigides, et cet effet de portance est directement contrôlé par l’élasticité de la couche de polymère».

Du fait que «les données expérimentales sont en très bon accord avec les prédictions théoriques existantes», cette étude valide «quantitativement le cadre théorique de la 'lubrification molle'».Au bout du compte, elle «met en relief l’importance des interactions élastohydrodynamiques dans le contexte de la circulation sanguine et révèle un nouveau rôle du glycocalyx dans la régulation des interactions entre cellules sanguines et parois vasculaires».