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Des chercheurs se sont inspirés des larves de libellules, pour créer de nouveaux modèles de valves cardiaques prothétiques. En effet, une meilleure compréhension de la mécanique de la respiration et de la manœuvre des larves de libellules, pourrait permettre à la prochaine génération de valves cardiaques prothétiques, d’être plus efficiente, affirment des chercheurs.

Les larves de libellules Anisopteran

Des chercheurs ont étudié les larves de libellule Anisopteran, qui vivent dans l’eau et peuvent à la fois respirer et bouger en inhalant de l’eau, en extrayant l’oxygène, puis en expulsant l’eau à travers une valve anale tri-feuilletée qui est étonnamment similaire dans sa structure aux valvules cardiaques tricuspides humaines.

Ces larves sont capables de contrôler la rétraction de chacune des trois feuillets individuellement, et cela leur donne un contrôle précis sur la taille et la symétrie (ou l’asymétrie) de l’ouverture de la valve. « La larve de libellule est le seul insecte qui utilise la propulsion par réaction et le seul arthropode connu pour utiliser cette propulsion pour à la fois respirer et expirer, le tout par le même orifice pour la respiration sous-marine », explique Roh, l’auteur principal d’un article sur les larves qui a été publié en ligne dans la revue Bioinspiration & Biomimeticson le 30 mai.

Les filmer pour mieux comprendre

Pour observer comment les larves dirigeaient l’écoulement de l’eau en utilisant les feuillets de leurs valves anales, Gharib et Roh ont installé des caméras à grande vitesse autour d’un aquarium rempli d’un colorant et de 96 larves de libellules – une à la fois – devant le caméra utilisant de la cire dentaire. Ils ont découvert que lorsque les larves rétractaient leurs trois feuillets, le jet d’eau s’écoulait en ligne droite, poussant les animaux vers l’avant. En revanche, en rétractant une ou deux feuillets, le jet d’eau s’écoulait d’une façon asymétrique et que de cette façon les larves l’utilisaient pour respirer.

« La façon dont les larves de libellules utilisent ce système pour contrôler la direction du jet a déjà été trop négligée », explique Gharib, auteur principal de l’article. « Le contrôle de l’asymétrie par les larves est un mécanisme intrigant de jet-guidage, différent de ceux des calmars ou des salpes qui pointent simplement leurs entonnoirs ou siphons dans les directions où ils veulent aller. »

Des valve cardiaque multi-feuillets

Comme l’anus des larves de libellules, les valves cardiaques ont deux ou trois feuillets (selon la valve) qui contrôlent le flux du sang. Gharib et Roh ont l’intention d’utiliser ce qu’ils ont appris des libellules pour concevoir une nouvelle valve cardiaque multi-feuillets prothétique qui pourra diriger les jets de sang dans des directions spécifiques, imitant le flux sanguin naturel sortant de la valve, qui n’est jamais parfaitement symétrique.

valve-naturelle-mécanique-différenceSymétrie d’une valve prothétique.

Les valves actuelles sont trop symétriques

Actuellement, l’écoulement anormalement symétrique du sang qui émerge des valves prothétiques peut provoquer la formation de caillots sanguins ou même l’abrasion des parois des vaisseaux sanguins. Pour faire face à cet effet secondaire des valvules cardiaques prothétiques, les patients doivent généralement passer le reste de leur vie à prendre des anticoagulants.

«La conception actuelle des valves cardiaques est une solution universelle, où aucune conception spécifique au patient n’est envisagée, ce qui entraîne de nombreuses complications après la transplantation», explique M. Roh. « Nous croyons qu’une ouverture intentionnellement décentrée de la valve cardiaque, pourrait correspondre plus étroitement au flux sanguin du patient. Ce sera un paramètre de conception important qui pourra être ajusté en fonction de la morphologie cardiaque de chaque patient. »

Cette étude intitulé: « Asymmetry in the jet opening: underwater jet vectoring mechanism by dragonfly larvae » a été financée par la National Science Foundation et le laboratoire Charyk Bio-inspired de Caltech.

Source : Caltech