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Le dysfonctionnement endothélial est un événement critique précoce dans le développement des complications vasculaires diabétiques, provoqué à la fois par des troubles métaboliques et des forces hémodynamiquesanormales 1,2. Les niveaux d’OG, plutôt que l’hyperglycémie soutenue seule, sont de plus en plus reconnus comme des inducteurs puissants du stress oxydatif et de la signalisation inflammatoire dans les cellules endothéliales, conduisant à des lésions vasculaires et à une homéostasiealtérée 3,4,5. Parallèlement, la contrainte de cisaillement hémodynamique est un déterminant majeur du phénotype endothélial, le PSS dans des conditions d’exercice physiologique favorisant la production d’oxyde nitrique, la défense antioxydante et la protection vasculaire 6,7,8. Par conséquent, comprendre les effets intégrés de l’hyperglycémie oscillatoire et de la stimulation hémodynamique est essentiel pour élucider les mécanismes des dysfonctionnements endothéliaux.
Les modèles in vitro conventionnels, qui reposent souvent sur des conditions statiques de glucose élevé ou un flux laminaire simplifié, ne parviennent pas à reproduire l’interaction complexe et dynamique entre les signaux métaboliques et mécaniques présents invivo 9,10,11. Bien que les modèles animaux capturent les aspects systémiques du diabète, ils manquent de la résolution au niveau cellulaire nécessaire pour disséquer la signalisation dans des conditions microenvironnementalescontrôlées 12. La technologie microfluidique offre une alternative efficace, offrant un contrôle spatiotemporel précis des stimuli biochimiques et biomécaniques dans des géométries physiologiquementpertinentes 13, et a conduit à des avancées récentes significatives dans diverses applications biomédicalesinnovantes 14,15. Par exemple, Chen et al.16 ont conçu un dispositif microfluidique avec contraintes de cisaillement de paroi spatiale et temporale et de signalisation ATP pour étudier la dynamique intracellulaire de Ca2+ des cellules endothéliales. Yu et al.11 ont développé un système de puce microfluidique hémodynamique pour détecter les réponses cellulaires sous différentes combinaisons de PSS physiologique et de concentrations élevées de glucose. Bien que ces systèmes aient été utilisés pour étudier les réponses endothéliales aux contraintes de cisaillement ou aux perturbations métaboliques à facteur unique, peu ont réussi à intégrer à la fois les oscillations du glucose et le PSS au sein d’un seul système. Par conséquent, un protocole standardisé et reproductible qui synchronise les deux facteurs dans un contexte microfluidique contrôlé fait défaut.
Cette méthode comble cette lacune en établissant un système microfluidique reproductible capable de fournir un OG et un PSS couplés. L’objectif principal de cette approche est de modéliser le stress oxydatif, la viabilité cellulaire altérée et les réponses mécanobiologiques sous-jacentes au dysfonctionnement endothélial de manière physiologiquement pertinente. Contrairement à la culture statique ou aux chambres de perfusion conventionnelles, cette approche améliore les modèles existants en permettant une modulation simultanée et contrôlée des stimuli métaboliques et mécaniques, en se rapprochant davantage du microenvironnement vasculaire diabétique. De plus, le système est compatible avec l’imagerie cellulaire vivante, la surveillance en temps réel et l’analyse moléculaire, ce qui le rend adapté à un large éventail d’applications, notamment les études mécanistes, la modélisation des maladies et le dépistage de médicaments pour la fonction endothéliale et les lésions.