Comment les microstructures de l'intestin grêle agissent sur le transport des nutriments
En s'inspirant des mouvements et de la structure de l'intestin grêle, des chercheurs ont réalisé des simulations numériques qui montrent comment des villosités sur la paroi interne d'un canal, soumises à des ondes de contraction-relaxation, participent activement à l'écoulement du fluide. Ces résultats ouvrent la voie à une meilleure compréhension du transport intestinal, mais aussi à la conception de nouveaux dispositifs microfluidiques biomimétiques. L'étude est publiée dans le Journal of Fluid Mechanics.
Les contractions des muscles de l'intestin permettent l'avancement du bol alimentaire durant la digestion. Par ailleurs, la paroi interne de l'intestin grêle comporte des microstructures de 300 à 1000 μm de hauteur, appelées villosités, qui facilitent l'absorption des nutriments. Mais jusqu'ici, il n'était pas établi que ces villosités jouaient un rôle actif dans le transport et l’absorption des nutriments. C'est ce que viennent de démontrer des chercheurs du Laboratoire rhéologie et procédés (LRP, CNRS/Université Grenoble Alpes), en collaboration avec le laboratoire de recherche Translationnelle et innovation en médecine et complexité (TIMC, CNRS/Université Grenoble Alpes) et le Laboratoire Jean Perrin (LJP, IBPS, Sorbonne Université/CNRS).
Dans le cadre du projet ANR TransportGut, ils ont réalisé des simulations numériques d'un canal tapissé de microstructures semblables aux villosités de l'intestin grêle, et comme elles soumises à des ondes de contraction-relaxation créées par les muscles de la paroi intestinale. Les chercheurs ont utilisé un modèle de mécanique de fluide capable de prendre en compte les mouvements de la paroi et des microstructures, afin de simuler le transport du fluide qui en résulte.
Les résultats de simulations montrent que ces mouvements créent une onde de contraction qui se propage entre les villosités, entraînant un écoulement complexe du fluide. Ils révèlent la formation d’une couche de mélange au-dessus des villosités, qui facilite l'absorption des nutriments par la paroi. Mais le plus inattendu est l’apparition, près du centre du canal, d’un flux orienté à l’opposé de la propagation de l’onde, et contraire à l'écoulement péristaltique classique dû aux contractions du canal. Ce flux rétrograde est la conséquence du rôle actif des villosités dans l'écoulement du fluide. Les simulations ont aussi permis de déterminer les paramètres qui gouvernent ce phénomène (l'écart entre les villosités, et la longueur d'onde de l'onde qui se propage), ainsi que lois qui prédisent son apparition et son amplitude.
Ces résultats ouvrent de nouvelles pistes de recherche. Des études physiologiques sur des intestins isolés s'attachent à identifier l'impact du phénomène sur le transport de particules, afin de faciliter la mise au point de la délivrance locale de médicaments, ou encore pour mieux comprendre l'organisation du microbiote dans l'intestin. Une thèse menée au laboratoire, en collaboration avec une équipe de microbiologistes de l’Université d’Amsterdam, s’intéresse à la manière dont ces phénomènes influencent l’absorption d’un médicament utilisé dans le traitement de la maladie de Parkinson. Enfin, l'identification du rôle actif des microstructures sur la paroi d'un canal permet d'envisager le développement de puces microfluidiques actives assurant le transport et le mélange de fluides.
© LRP / TIMC / C. de Loubens / R. Vernekar / D.I. Yanez Martin
Références
Hydrodynamics in a villi-patterned channel due to pendular-wave activity.
Rohan Vernekar, Faisal Ahmad, Martin Garic, Dacil Idaira Yanez Martın, Claude Loverdo, Stephane Tanguy and Clement de Loubens.
Journal of Fluid Mechanics, publié le 10 décembre 2025.
https://doi.org/10.1017/jfm.2025.10873
Article consultable sur les bases d’archives ouvertes Arxiv et HAL