«Микрожидкие методы позволяют объединение физиологических условий потока, а также биологически соответствующие поверхности прилипания в закрытом урегулировании, которые лучше подражают естественной физиологической среде RBCs в кровотоке. У микрожидкой системы, разработанной здесь, есть потенциал, который будет использоваться способом высокой пропускной способности с интегрированным автоматизированным алгоритмом обработки изображения для измерения деформируемости РБК и прилипания в крови пациентов». говорит профессор Умут Геркэн, доктор философии, Западного резервного университета Кейза и Научного руководителя на бумаге.Эритроциты (RBCs) подвергаются динамическим обратимым деформациям в кровообращении и отвечают на жидкость, стригут усилия быстро с константами времени в диапазоне 100 миллисекунд. Однако RBCs теряют свою способность исказить динамично с болезнями, такими как диабет, инфекция малярии, наследственный spherocytosis и различные мутации, затрагивающие гены глобина, такие как серповидно-клеточная анемия (SCD).
SCD – первая признанная молекулярная болезнь, которая была идентифицирована как нарушение гемоглобина больше чем шестьдесят лет назад. В корнях болезни точечная мутация в 6-й цепи гена гемоглобина, который приводит к неправильной полимеризации молекул гемоглобина в RBCs. Формирование полимеризировавших волокон гемоглобина разрушает морфологию клетки, уменьшает деформируемость РБК (увеличение жесткости) и изменяет мембранные клейкие свойства.
Неправильное прилипание и уменьшенная деформируемость RBCs – главные причины преграды кровеносного сосуда (vaso-преграда) в SCD. Vaso-преграда – признак болезни, и это было связано с серьезной болью, кризисами, широко распространенным повреждением органа и ранней смертностью.Молекулярное основание SCD было исследовано экстенсивно. Однако есть ограниченное число исследований, сосредотачивающихся на биофизических факторах в тандеме, таких как деформируемость и прилипание RBCs, которые являются очень динамическими явлениями.
Даже при том, что деформируемость РБК была связана с vaso-преградой в SCD, у нас есть ограниченные знания о динамических особенностях деформации RBCs, придерживавшегося к белкам, связанным с эндотелием в микрофизиологических условиях потока жидкости. В то время как различные подходы были использованы для измерения деформируемости РБК, включая оптический пинцет, стремление микропипетки, атомную микроскопию силы (AFM) и микрогидродинамику.
Даже при том, что оптический пинцет, стремление микропипетки и исследования AFM позволили чувствительное и измерение, которым управляют, РБК механические свойства, эти методы, как правило, выполняются в открытой окружающей среде без потока жидкости.Развитая микрожидкая платформа исследователями CWRU может исследовать динамическое поведение деформации придерживавшегося RBCs при физиологических условиях потока на единственном уровне клетки.
Чтобы оценить динамическую деформируемость RBCs, исследователи ввели новый параметр: динамический индекс деформируемости (DDI), который они определили как изменение с временной зависимостью формата изображения клетки. «Используя эту микрожидкую систему, мы проанализировали динамическую деформируемость и прилипание серпа, RBCs в физиологическом и выше физиологического потока стригут усилия. Мы сообщаем впервые о поднаселении RBCs с точки зрения динамических особенностей деформации в SCD: непрочный и ненепрочный RBCs. Кроме того, мы проанализировали прилипание ненепрочного RBCs, по сравнению с непрочным RBCs, количественно в физиологическом и выше физиологического потока стригут усилия в образцах крови, полученных от пациентов SCD.
Мы наблюдали значительно большее количество придерживавшегося ненепрочного серпа RBCs, чем непрочный серп, RBCs в потоке стригут усилия много больше физиологического диапазона, предлагая взаимодействие между динамической деформируемостью и увеличенным прилипанием RBCs на vaso-преграждающих событиях». говорит Юнус Алэпэн, кандидат доктора философии, ведущий автор на данной статье.Объединенное расследование прилипания и свойства деформируемости RBCs могут иметь значительные последствия для понимания событий vaso-преграды и для патофизиологии болезни фенотипирования. Изучение динамической деформации клеток может иметь последствия при других мультисистемных болезнях, таких как β – талассемия, сахарный диабет, наследственный spherocytosis, polycythemia vera, и малярия. Команда от CWRU теперь работает, чтобы далее характеризовать деформируемость и прилипание RBCs в большем числе пациентов SCD, чтобы проанализировать их связи с клиническими фенотипами и осложнениями.
Эта приспосабливаемая технология может дать важное биофизическое понимание патофизиологии болезни, когда широко применено в SCD. Кроме того, у развитой микрожидкой платформы есть потенциал, который будет использоваться в качестве в пробирке испытание для контроля деятельности болезни, в основании и во время клинического потока после лечения, во время болезненных эпизодов, и в сотрудничестве с долгосрочными осложнениями.
Соавторы ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ бумаги – Юми Мэтсуяма от Механического и Космического Технического Отдела в CWRU, и Джейн Литтл, Доктор медицины, от Университетских клиник и Медицинской школы в CWRU.Эта работа финансировалась Благотворительной организацией Дорис Дюк под премией номер 2013126.