Method Article

نظام ميكروفلويديك لنمذجة خلل البطانة تحت إجهاد القص النابض الفسيولوجي وارتفاع السكر التذبذب

DOI:

10.3791/71037

⸱

May 12th, 2026

 ,  ,  , 
1Institute of Cardio-Cerebrovascular Medicine, Central Hospital of Dalian University of Technology, 2School of Mechanical Engineering, Dalian University of Technology, 3School of Biomedical Engineering, Faculty of Medicine, Dalian University of Technology, 4Key Laboratory of Integrated Circuit and Biomedical Electronic System, Dalian University of Technology

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

هنا، نقدم بروتوكولا لتصنيع وتشغيل نظام ميكروفلويديك يعرض خلايا البطانة البطانية لارتفاع سكر الدم المتذبذب المتزامن وإجهاد القص النابض. يوفر هذا النهج نموذجا فسيولوجيا ذو صلة في المختبر لدراسة خلل بطانة البطانة السكري. يتيح هذا البروتوكول القياس الكمي للإجهاد التأكسدي واستجابات الخلايا البطانية.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

خلل البطانة في مضاعفات الأوعية الدموية السكري يتضمن تفاعلات معقدة بين اضطرابات الأيض، وبشكل خاص الجلوكوز التذبذب (OG) والإجهاد القصي النابض (PSS). على الرغم من دراسة هذه العوامل بشكل منفصل، لا تزال النماذج التقليدية محدودة بارتفاع الجلوكوز الثابت أو التدفق الطبقي المبسط، تفتقر إلى القدرة على محاكاة الترابط الزماني الداخلي المتكامل الموجود في الأوعية الدموية السكرية. من خلال استخدام منصة ميكروفلويدية قابلة للبرمجة، يوفر هذا البروتوكول منصة قيمة للتحقيق في التأثيرات المتكاملة لارتفاع سكر الدم المتذبذب المتزامن وPSS الفسيولوجي على خلايا البطانة. يهدف هذا البروتوكول إلى نمذجة خلل البطانة تحت ظروف الأيض والميكانيكية المترابطة ذات صلة فسيولوجيا. يسمح استخدام شريحة بولي ديميثيل سيلوكسان (PDMS) مع نظام تحكم مدفوع بالضغط بتعديل دقيق ومستقل لموجات التدفق وملفات تركيز الجلوكوز. يتم التحقق من دقة النظام الديناميكية الدموية بواسطة قياس سرعة صورة الجسيمات الدقيقة (Micro-PIV)، بينما يتم تمييز الاستجابة الخلوية كميا من خلال مراقبة مستويات أنواع الأكسجين التفاعلية داخل الخلايا (ROS) وحيوية الجسم. تظهر النتائج الممثلة أن PSS الفسيولوجي يخفف بشكل فعال من الإصابة التأكسدية الناتجة عن الأكسدة النباتية. يظهر هذا التأثير من خلال انخفاض مستويات ROS داخل الخلية وتحسين قدرة الخلايا على البقاء تحت ظروف التحفيز المركبة. اعتمادا على سؤال البحث، يمكن تعديل معلمات مثل أنماط إجهاد القص، وترددات تذبذب الجلوكوز، وهندسة القنوات. تعد هذه الطريقة أداة متعددة الاستخدامات للدراسات الميكانيكية للمسارات الميكانيكانوبيولوجية وفحص الأدوية للتدخلات العلاجية في أمراض الأوعية الدموية السكري.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعد خلل البطانة حدثا مبكرا حرجا في تطور مضاعفات الأوعية الدموية السكرية، مدفوعا بكل من الاضطرابات الأيضية والقوى الديناميكية الدموية غير الطبيعية 1,2. مستويات OG، وليس فرط سكر الدم المستمر فقط، تعرف بشكل متزايد كمحفزات قوية للإجهاد التأكسدي والإشارات الالتهابية في الخلايا البطانية، مما يؤدي إلى إصابة الأوعية الدموية وضعف التوازنالداخلي 3,4,5. في الوقت نفسه، يعد إجهاد القص الديناميكي الدموي عاملا رئيسيا محددا للنمط الظاهري للبطانة، حيث يعزز PSS تحت ظروف التمرين الفسيولوجية إنتاج أكسيد ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

بيان الأخلاقيات:

ملاحظة: جميع الكواشف والأجهزة والبرمجيات المستخدمة في هذا البروتوكول مدرجة في جدول المواد.

1. تصنيع رقائق الميكروفلويدية

  1. استخدم برنامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) لتصميم بنية شريحة الميكروفلويديك (عرض × طول × H = 2 مم × 30 مم × 0.1 مم، الشكل 1A) وصنع قالب SU-8 الرئيسي من خلال شركة تجارية.
  2. اخلط عامل المعالجة PDMS مع البوليمر المسبق بنسبة 10:1 حسب الوزن في كوب خلط نظيف وحركه يدويا بقوة لمدة 5 دقائق.
  3. ضع الحاوية في غرفة تفريغ تحت -0.08 ميغاباسكال لمدة لا تقل عن 15 دقيقة ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

التحقق من حقل التدفق داخل القناة الميكروفلويدية بواسطة Micro-PIV
يوفر الشكل 1D نظرة عامة على منصة الميكروفلويدية المستخدمة لدراسة استجابات البطانة للتحفيز الأيضي والميكانيكي المترابط. يدمج النظام شريحة ميكروفلويدية PDMS ذات قناة مستقيمة مع وحدة تحكم في التدفق مدفوعة بالضغط، مما يتيح تطبيق حالة OG مع PSS الفسيولوجي. تم استخدام استراتيجية تحويل الصمامات القابلة للبرمجة لتوليد التناوب الدوري بين وسائط الغاز الطبيعي والهيغليتر، بينما تم مزام.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يوفر النظام الميكروفلويدي الموضح هنا منصة قوية وذات صلة فسيولوجية لدراسة التأثيرات المتكاملة ل OG و PSS على وظيفة الخلايا البطانية. تكمن الميزة الأساسية لهذه الطريقة في قدرتها على التحكم الدقيق وفصل المحفزات الميكانيكية والكيميائية الحيوية ضمن بيئة دقيقة محددة. على عكس الثقافات الثابتة التقليدية التي تفتقر إلى قوى الهيموديناميكا أو النماذج الحيوانية التي غالبا ما تخفي إشارات المستوى الخلوي 4,17,18,19، فإن هذا البروتوكول يتيح التع.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعلن المؤلفون عدم وجود تضارب مصالح.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وقد حظي هذا العمل بدعم من المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (أرقام المنح 12372304 و 12172081) وصناديق البحث الأساسي للجامعات المركزية (DUT25YG272).

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
0.25٪ تريبسين-إيدتاشركة NEST للتكنولوجيا الحيوية المحدودة.211052تفكك الخلايا
حقنة 1 ملشركة شنغهاي تشنغبانغ للعلوم الطبية، المحدودة.1 ملحقن السائل
طبق زراعة 60 ممشركة NEST للتكنولوجيا الحيوية المحدودة.705001زراعة الخلايا
90&0; موصل فولاذي مقاوم للصدأ مائلشركة لويانغ ماير للتجارة المحدودة1.3 ممجهاز ختم المحول
برامج أوتوكادأوتوديسكRRID:SCR_014981برامج التصميم بمساعدة الحاسوب
زجاجة زجاجية مثقلة بالبورونشركة هونان أيديتي للأدوات العلمية المحدودة.تمرير مزدوج 100 ملالخزان
مجموعة Calcein-AM/PIبيوتايمBYT-c2015التلوين
حاضنة الخلاياESCOإيسكو سيلميتزراعة الخلايا
سيلروكس ديب ريدإنفيتروجينC10422التلوين
دي-جلوكوزسيغما ألدريتش47249الجلوكوز
D-مانيتولماكلينM813423توازن الضغط الأسموزي
دايناميك ستوديودانتك دايناميكسV8.6برنامج تحليل PIV
مصل البقر الجنيني (FBS)جيبكو14190-094الوسيط
الفيبرونكتينسيغما ألدريتشF-2006التصاق الخلايا
الجسيمات الدقيقة الفلوريةثيرمو ساينتفيكG0100ميكرو-PIV
غطاء زجاجيشركة سيتوتست العلمية المحدودة.#1شريحة ميكروفلويديك
ارتفاع مستوى السكر DMEMسولاربيولوجيا12100الوسيط
كاميرا عالية السرعةدانتك دايناميكسفلو سينس EOميكرو-PIV
ImageJالمعاهد الوطنية للصحةRRID:SCR_003070برامج معالجة الصور
مجهر الفلورة المقلوبأوليمبوسIX73قابلية الخلايا للبقاء
مجهر الفلورة المقلوبأوليمبوسIX83المراقبة والاقتناء
انخفاض الجلوكوز DMEMسولاربيولوجيا31600الوسيط
الأصلمختبر أوريجنRRID:SCR_014212برامج تحليل البيانات والرسوم البيانية
PDMSشركة داو إنك سي.184شريحة ميكروفلويديك
البنسلين/الستربتوميسين (P/S)شركة NEST للتكنولوجيا الحيوية المحدودة.211092الوسيط
محلول الفوسفات الملحي (PBS)شركة NEST للتكنولوجيا الحيوية المحدودة.211031زراعة الخلايا
منظف البلازماشركة جيارون وانفنغ للتكنولوجيا المحدودةPC-6Dشريحة ميكروفلويديك
نظام التحكم بالضغط القابل للبرمجةالإلفيسOB1 MK4التحكم في التدفق
أنبوب السيليكونشركة نانجينغ رونزي لمعدات التحكم في السوائل المحدودة.964101 مم*3مم
قالب SU-8 الرئيسيمجموعة باو البيولوجيا المحدودةلا يوجدشريحة ميكروفلويديك
وحدة تحكم ValveالإلفيسMUX Wire V3التحكم في التدفق

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Zhang, H., Dellsperger, K. C., Zhang, C. The link between metabolic abnormalities and endothelial dysfunction in type 2 diabetes: An update. Basic Research in Cardiology. 107 (1), 237(2011).
  2. Yang, D. R., Wang, M. Y., Zhang, C. L., Wang, Y.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Endothelial DysfunctionMicrofluidic SystemPulsatile Shear StressOscillatory HyperglycemiaDiabetic Vascular DiseasePolydimethylsiloxane ChipPressure Driven ControlMicro Particle Image VelocimetryReactive Oxygen SpeciesCell Viability
Video Coming Soon

Related Articles