Des scientifiques découvrent comment les chenilles peuvent stopper une hémorragie en quelques secondes
Lorsque vous vous blessez, votre corps forme un caillot de sang pour arrêter l’hémorragie. Mais qu’en est-il des insectes ? Des chercheurs ont récemment élucidé la manière dont les chenilles peuvent rapidement arrêter de saigner, un phénomène qui a longtemps intrigué les scientifiques.
Image d’entête : chenille du Sphinx du tabac (Manduca sexta). (Wikimedia)
Contrairement aux vertébrés, dont les mécanismes de coagulation du sang sont bien connus, les insectes ont recours à l’hémolymphe (l’équivalent du sang). L’hémolymphe est dépourvue de globules rouges, d’hémoglobine et de plaquettes. Au lieu de cela, l’hémolymphe utilise des hémocytes, des cellules semblables aux amibes, pour la coagulation et la défense immunitaire.
Des chercheurs dirigés par Konstantin Kornev, professeur au département de science et d’ingénierie des matériaux de l’université de Clemson (États-Unis), ont maintenant compris, étape par étape, comment l’hémolymphe coagule, ce qui pourrait avoir d’importantes applications en médecine humaine. Il pourrait s’agir d’épaississants sanguins qui empêchent la formation de caillots, qui facilitent la récupération après une opération de la valve cardiaque ou qui traitent la fibrillation atriale.
Selon l’auteur principal, le Dr Konstantin Kornev, professeur au département de science et d’ingénierie des matériaux de l’université de Clemson :
Nous montrons ici que ces chenilles, appelées le Sphinx du tabac, peuvent sceller les plaies en une minute. Elles y parviennent en deux étapes : tout d’abord, en quelques secondes, leur hémolymphe fine, semblable à de l’eau, devient « viscoélastique » ou visqueuse, et l’hémolymphe qui s’écoule se rétracte vers la plaie. Ensuite, les hémocytes s’agrègent, en commençant par la surface de la plaie et en remontant pour englober le film d’hémolymphe qui finit par devenir une croûte scellant la plaie.
Certaines chenilles se transforment en papillons. Mais les vers du tabac sont les stades larvaires des Sphinx du tabac (Manduca sexta), des papillons de nuit robustes et agiles appartenant à la famille des sphingidés. Au cours de leur vie de chenille, les Sphinx du tabac peuvent être d’importants ravageurs dans les jardins. Il doit son nom à une saillie sombre sur son extrémité postérieure et au fait qu’il adore manger du tabac. Mais ils apprécient également les tomates, les poivrons, les aubergines et toute une série d’autres produits verts. Une fois adultes et prêtes à se métamorphoser en papillons de nuit, ces chenilles sont assez grandes, mesurant entre 7,5 cm et 10 cm de long.
Malgré leur grande taille pour un insecte, les sphinx du tabac ne contiennent qu’une infime quantité d’hémolymphe. Il est donc difficile d’étudier leur coagulation. Cependant, la partie la plus difficile de cette étude réside dans le fait que ces chenilles sont ironiquement trop douées pour arrêter les saignements. Chaque fois que Kornev et ses collègues piquaient une chenille, l’hémolymphe coagulait en quelques secondes, ce qui n’était pas suffisant pour réaliser une étude approfondie.
Pour surmonter ces difficultés, Kornev et son équipe ont mis au point des techniques innovantes, mais même avec ces innovations, ils ont dû faire face à un taux d’échec élevé, pouvant aller jusqu’à 95 %. Ils ont enfermé les sphinx du tabac dans une gaine en plastique, pratiqué une petite incision dans l’une des pseudo-jambes de la chenille et formé un pont temporaire d’hémolymphe en touchant le liquide qui fuyait avec une bille métallique et en la retirant. Le film d’hémolymphe très étroit est devenu de plus en plus étroit jusqu’à ce qu’il se rompe enfin, produisant de nombreuses minuscules gouttelettes satellites.
L’ensemble du processus a été enregistré à l’aide de caméras à grande vitesse et d’objectifs macro pour une analyse détaillée. Au début, l’hémolymphe s’écoulait comme de l’eau, se comportant comme un fluide newtonien de faible viscosité. Cependant, en l’espace de 10 secondes, elle s’est transformée, formant un pont plus long au lieu de se rompre immédiatement. L’hémorragie s’est généralement arrêtée dans les 60 à 90 secondes, une croûte s’étant formée sur la coupure.
D’autres expériences ont consisté à faire tourner une nanotige de nickel dans une gouttelette d’hémolymphe fraîche à l’aide d’un champ magnétique rotatif. Le délai de déplacement de la nanotige a permis de mieux comprendre la viscosité de l’hémolymphe. Peu après son expulsion, l’hémolymphe passe d’une faible viscosité à un fluide viscoélastique, semblable à la salive, qui présente des propriétés à la fois visqueuses et élastiques grâce à de grosses molécules appelées mucines.
L’équipe a étendu ses recherches à la microscopie à contraste de phase et à la microscopie en lumière polarisée, à l’imagerie à rayons X et à la modélisation de la science des matériaux afin d’étudier comment les cellules se rassemblent pour former une croûte sur les blessures. Cette étude portait non seulement sur les sphinx du tabac et leurs chenilles, mais aussi sur 18 autres espèces d’insectes.
L’étude a révélé que si l’hémolymphe de toutes les espèces examinées résistait de manière similaire aux forces de cisaillement, leurs réactions à l’étirement variaient de manière significative. Chez les chenilles et les blattes, dont l’hémolymphe est riche en hémocytes, le liquide s’étire pour former des ponts. À l’inverse, chez les papillons adultes et les papillons de nuit, dont l’hémolymphe est moins dense en hémocytes, les gouttelettes se brisent immédiatement à l’étirement.
Sekon Kornev ;
La transformation de l’hémolymphe en un fluide viscoélastique semble aider les chenilles et les cafards à arrêter les saignements, en rétractant les gouttelettes vers la plaie en quelques secondes. Nous en concluons que leur hémolymphe possède une extraordinaire capacité à modifier instantanément ses propriétés matérielles. Contrairement aux insectes producteurs de soie et aux araignées, qui disposent d’un organe spécial pour fabriquer des fibres, ces insectes peuvent produire des filaments d’hémolymphe à n’importe quel endroit lors d’une blessure.
Cette découverte souligne le rôle des hémocytes dans le mécanisme de coagulation, suggérant que certains insectes ont une capacité innée à modifier les propriétés de l’hémolymphe à la demande. Cette caractéristique n’est pas partagée par leurs homologues adultes, comme les papillons et les papillons de nuit.
Pour les chercheurs :
Nos découvertes ouvrent la voie à la conception d’épaississants rapides pour le sang humain. Nous ne devons pas nécessairement copier la biochimie exacte, mais nous devrions nous concentrer sur la conception de médicaments qui pourraient transformer le sang en un matériau viscoélastique qui arrête les saignements. Nous espérons que nos découvertes nous aideront à accomplir cette tâche dans un avenir proche.
L’étude publiée dans Frontiers in Soft Matter : To seal a wound, caterpillars transform blood from a viscous to a viscoelastic fluid in a few seconds.