Characterization of red blood cell microcirculatory parameters using a bioimpedance microfluidic device

This paper describes the use of a microfluidic device comprising channels with dimensions mimicking those of the smallest capillaries found in the human microcirculation. The device structure, associated with a pair of microelectrodes, provides a tool to electrically measure the transit time of red blood cells through fine capillaries and thus generate an electrical signature for red blood cells in the context of human erythroid genetic disorders, such as sickle cell disease or hereditary spherocytosis, in which red cell elasticity is altered. Red blood cells from healthy individuals, heated or not, and red blood cells from patients with sickle cell disease or hereditary spherocytosis where characterized at a single cell level using our device. Transit time and blockade amplitude recordings were correlated with microscopic observations, and analyzed. The link between the electrical signature and the mechanical properties of the red blood cells is discussed in the paper, with greater transit time and modified blockade amplitude for heated and pathological red blood cells as compared to those from healthy individuals. Our single cell-based methodology offers a new and complementary approach to characterize red cell mechanical properties in human disorders under flow conditions mimicking the microcirculation.

Domaines

Micro et nanotechnologies/Microélectronique

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Type de dépôt	Article dans une revue
Titre	en Characterization of red blood cell microcirculatory parameters using a bioimpedance microfluidic device
Résumé	en This paper describes the use of a microfluidic device comprising channels with dimensions mimicking those of the smallest capillaries found in the human microcirculation. The device structure, associated with a pair of microelectrodes, provides a tool to electrically measure the transit time of red blood cells through fine capillaries and thus generate an electrical signature for red blood cells in the context of human erythroid genetic disorders, such as sickle cell disease or hereditary spherocytosis, in which red cell elasticity is altered. Red blood cells from healthy individuals, heated or not, and red blood cells from patients with sickle cell disease or hereditary spherocytosis where characterized at a single cell level using our device. Transit time and blockade amplitude recordings were correlated with microscopic observations, and analyzed. The link between the electrical signature and the mechanical properties of the red blood cells is discussed in the paper, with greater transit time and modified blockade amplitude for heated and pathological red blood cells as compared to those from healthy individuals. Our single cell-based methodology offers a new and complementary approach to characterize red cell mechanical properties in human disorders under flow conditions mimicking the microcirculation.
Auteur(s)	Tieying Xu ¹ , Maria A Lizarralde-Iragorri ² , Jean Roman ¹ , Rasta Ghasemi ³ , Jean-Pierre Lefevre ^{4, 5} , Emile Martincic ⁶ , Valentine Brousse ^{7, 2} , Olivier Français ^{8, 9} , Wassim El Nemer ² , Bruno Le Pioufle ^{10, 11, 3, 12, 9} 1 SATIE-SIAME - Systèmes d'Information et d'Analyse Multi-Echelles ( 1051136 ) - BIOMIS (Bio-MIcroSystèmes et BioSensors) II (Instrumentation et Imagerie) MOSS (Méthodes et Outils pour les Signaux et Systèmes) - France Systèmes et Applications des Technologies de l'Information et de l'Energie ( 1051130 ) ; École normale supérieure - Rennes ( 247362 ) ; Conservatoire National des Arts et Métiers [CNAM] UMR8029 ( 300351 ) ; Université Paris-Saclay ( 419361 ) ; Centre National de la Recherche Scientifique UMR8029 ( 441569 ) ; Ecole Normale Supérieure Paris-Saclay ( 523723 ) ; Université Gustave Eiffel ( 580722 ) ; CY Cergy Paris Université UMR CNRS 8029 ( 1003413 ) 2 BIGR (UMR_S_1134 / U1134) - Biologie Intégrée du Globule Rouge ( 1005032 ) - 6 rue Alexandre Cabanel - 75739 Paris cedex 15 - France Institut National de la Transfusion Sanguine [Paris] ( 266750 ) ; Université de La Réunion ( 300316 ) ; Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale U1134 ( 303623 ) ; CHU Pointe-à-Pitre / Abymes [Guadeloupe] ( 328176 ) ; Université des Antilles ( 524399 ) ; Université Paris Cité UMR_S_1134 ( 557826 ) 3 IDA - Institut d'Alembert ( 1798 ) - 61 Avenue du Président Wilson 94235 CACHAN CEDEX - France École normale supérieure - Cachan ( 6862 ) ; Centre National de la Recherche Scientifique FR3242 / IFR121 ( 441569 ) 4 PPSM - Photophysique et Photochimie Supramoléculaires et Macromoléculaires ( 1042688 ) - 4, avenue des Sciences, 91190, Gif-sur-Yvette - France Institut de Chimie - CNRS Chimie ( 341038 ) ; Université Paris-Saclay ( 419361 ) ; Centre National de la Recherche Scientifique UMR8531 ( 441569 ) ; Ecole Normale Supérieure Paris-Saclay ( 523723 ) 5 CNAM - Conservatoire National des Arts et Métiers [CNAM] ( 300351 ) - France 6 C2N - Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies ( 1041855 ) - 10 Boulevard Thomas Gobert, 91120, Palaiseau - France Université Paris-Saclay ( 419361 ) ; Centre National de la Recherche Scientifique UMR9001 ( 441569 ) 7 INTS - Institut National de la Transfusion Sanguine [Paris] ( 266750 ) - 6 rue Alexandre Cabanel, 75739 Paris cedex 15 - France 8 ESYCOM - Electronique, Systèmes de communication et Microsystèmes ( 1040093 ) - Cité Descartes, Bâtiment Copernic, 5 bd Descartes, 77454 Marne-la-Vallée Cedex 2 - France Conservatoire National des Arts et Métiers [CNAM] ( 300351 ) ; Centre National de la Recherche Scientifique UMR9007 ( 441569 ) ; Université Gustave Eiffel ( 580722 ) 9 SATIE - Systèmes et Applications des Technologies de l'Information et de l'Energie ( 1051130 ) - 4 avenue des sciences, 91190, Gif-sur-Yvette - France École normale supérieure - Rennes ( 247362 ) ; Conservatoire National des Arts et Métiers [CNAM] UMR8029 ( 300351 ) ; Université Paris-Saclay ( 419361 ) ; Centre National de la Recherche Scientifique UMR8029 ( 441569 ) ; Ecole Normale Supérieure Paris-Saclay ( 523723 ) ; Université Gustave Eiffel ( 580722 ) ; CY Cergy Paris Université UMR CNRS 8029 ( 1003413 ) 10 Université Paris-Saclay ( 419361 ) - Bâtiment Bréguet, 3 Rue Joliot Curie 2e ét, 91190 Gif-sur-Yvette - France 11 ENS Paris Saclay - Ecole Normale Supérieure Paris-Saclay ( 523723 ) - 4 avenue des Sciences, 91190 Gif-sur-Yvette - France 12 LuMIn - Laboratoire Lumière, Matière et Interfaces ( 1039881 ) - France CentraleSupélec ( 411575 ) ; Université Paris-Saclay ( 419361 ) ; Centre National de la Recherche Scientifique UMR9024 / FRE2036 ( 441569 ) ; Ecole Normale Supérieure Paris-Saclay ( 523723 )
Langue du document	Anglais
Nom de la revue	Sci. Rep. - Scientific Reports (ISSN : 2045-2322, ISSN électronique : 2045-2322) Nature Publishing Group Publié par Nature Publishing Group http://www.nature.com/srep/
Vulgarisation	Non
Comité de lecture	Oui
Audience	Internationale
Date de publication	2020-06-17
Domaine(s)	Sciences de l'ingénieur [physics]/Micro et nanotechnologies/Microélectronique
Projet(s) ANR	Université de Paris [En savoir plus] Université de Paris - ANR-18-IDEX-0001 IDEX - 2018
DOI	10.1038/s41598-020-66693-4

Fichier principal

Xu_et_al-2020-Scientific_Reports.pdf ( 2.54 Mo )

Origine : Fichiers éditeurs autorisés sur une archive ouverte

Bruno Le Pioufle : Connectez-vous pour contacter le contributeur

https://hal.science/hal-02872830

Soumis le : mercredi 17 juin 2020 à 22:21:47

Dernière modification le : vendredi 19 juillet 2024 à 11:38:05

Dates et versions

hal-02872830, version 1 (17-06-2020)

Identifiants

HAL Id : hal-02872830 , version 1
DOI : 10.1038/s41598-020-66693-4

Citer

Tieying Xu, Maria A Lizarralde-Iragorri, Jean Roman, Rasta Ghasemi, Jean-Pierre Lefevre, et al.. Characterization of red blood cell microcirculatory parameters using a bioimpedance microfluidic device. Scientific Reports, 2020, ⟨10.1038/s41598-020-66693-4⟩. ⟨hal-02872830⟩

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Dernière date de mise à jour le 03/11/2024