Method Article

מערכת מיקרופלואידית למידול תפקוד לקוי של האנדותל תחת מאמץ גזירה פיזיולוגי פועם והיפרגליקמיה אוסצילטורית

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

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

כאן אנו מציגים פרוטוקול לייצור והפעלה של מערכת מיקרופלואידית החושפת תאי אנדותל להיפרגליקמיה אוסצילטורית מסונכרנת ולמתח גזירה פועם. גישה זו מספקת מודל פיזיולוגי רלוונטי לחקר תפקוד לקוי של אנדותל סוכרתי. פרוטוקול זה מאפשר מדידה כמותית של לחץ חמצוני ותגובות תאי אנדותל.

Abstract

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

תפקוד לקוי באנדותל בסיבוכים וסקולריים סוכרתיים כולל אינטראקציות מורכבות בין הפרעות מטבוליות, במיוחד גלוקוז אוסצילטורי (OG) ולחץ גזירה פועם (PSS). למרות שגורמים אלו נחקרו בנפרד, מודלים קונבנציונליים מוגבלים לזרימה למינרית סטטית גבוהה או לזרימה למינרית פשוטה, וחסרים את היכולת לחקות את הקישור המשולב במרחב-זמן שנמצא בכלי דם סוכרתיים. באמצעות פלטפורמת מיקרופלואידיקה מתוכנתת, פרוטוקול זה מספק פלטפורמה חשובה לחקר ההשפעות המשולבות של היפרגליקמיה תנודתית מסונכרנת ו-PSS פיזיולוגי על תאי האנדותל. פרוטוקול זה נועד לדגם תפקוד לקוי של האנדותל בתנאים מטבוליים ומכניים פיזיולוגיים רלוונטיים. השימוש בשבב פולידימתילסילוקסן (PDMS) בשילוב עם מערכת בקרה מונעת לחץ מאפשר מודולציה מדויקת ועצמאית של גלי זרימה ופרופילי ריכוז גלוקוז. הנאמנות ההמודינמית של המערכת מאומתת באמצעות מהירות תמונת מיקרו-חלקיקים (Micro-PIV), בעוד שהתגובה התאית מאופיינת כמותית על ידי ניטור רמות סוגי החמצן התוך-תאי (ROS) וחיוניות התא. תוצאות מייצגות מראות כי PSS פיזיולוגי מפחית ביעילות את הפגיעה החמצונית הנגרמת על ידי OG. אפקט זה מודגם על ידי ירידה ברמות ROS תוך-תאיות ושיפור בחיוניות התאים בתנאי גירוי משולבים. בהתאם לשאלת המחקר, ניתן להתאים פרמטרים כמו דפוסי מאמץ גזירה, תדרי תנודות גלוקוז וגאומטריות ערוצים. שיטה זו משמשת ככלי רב-שימושי למחקרים מכניים של מסלולים מכנוביולוגיים ולסקר תרופות להתערבויות טיפוליות במחלות כלי דם סוכרתיות.

Introduction

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

תפקוד לקוי של האנדותל הוא אירוע קריטי מוקדם בהתפתחות סיבוכים וסקולריים סוכרתיים, המונעים הן על ידי הפרעות מטבוליות והן על ידי כוחות המודינמיים חריגים 1,2. רמות ה-OG, ולא היפרגליקמיה ממושכת בלבד, מוכרות יותר ויותר כמגרימות עוצמתיות של לחץ חמצוני ואותות דלקתיים בתאי האנדותל, מה שמוביל לפגיעה וסקולרית ולפגיעה בהומאוסטזיס 3,4,5. במקביל, לחץ גזירה המודינמי הוא גורם מרכזי לפנוטיפ האנדותליאלי, כאשר PSS בתנאי פעילות פיזיולוגית מקדם ייצור תחמוצת חנקן, הגנה נוגדת חמצון והגנה כלי דם

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

Protocol

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

הצהרת אתיקה:

הערה: כל המגבים, המכשירים והתוכנה המשמשים בפרוטוקול זה מופיעים בטבלת החומרים.

1. ייצור שבבים מיקרופלואידיים

  1. השתמש בתוכנת עיצוב בעזרת מחשב (CAD) לעיצוב מבנה שבב המיקרופלואיד (רוחב x אורך x H = 2 מ"מ x 30 מ"מ x 0.1 מ"מ, איור 1A) וייצור את תבנית המאסטר SU-8 דרך חברה מסחרית.
  2. ערבבו את סוכן הייבוש של PDMS ופולימר מוקדם ביחס של 10:1 לפי משקל בכוס ערבוב נקייה וערבבו ידנית בעוצמה במשך 5 דקות.
  3. הניחו את המיכל בתא ואקום מתחת ל-0.08 מגה-פסקל למשך מינימום של 15 דקות כדי להסיר בועות אווי....

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

Results

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

אימות מיקרו-PIV של שדה זרימה בתוך תעלת המיקרופלואיד
איור 1D מספק סקירה של הפלטפורמה המיקרופלואידית המשמשת לחקר תגובות אנדותליות לגירוי מטבולי ומכני מקושר. המערכת משלבת שבב מיקרופלואידי PDMS בעל ערוץ ישר עם מודול בקרת זרימה מונע לחץ, המאפשר יישום תנאי OG יחד עם PSS פיזיולוגי. אסטרטגיית החלפת שסתומים מתוכנתת שימשה ליצירת חילופי שסתומים תקופתיים בין מדיה NG ל-HG, בעוד שגלי זרימה פועמים סונכרו באמצעות ויסות לחץ מבוקרת מחשב.

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

Discussion

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

המערכת המיקרופלואידית המתוארת כאן מספקת פלטפורמה חזקה ורלוונטית פיזיולוגית לחקר ההשפעות המשולבות של OG ו-PSS על תפקוד תאי האנדותל. היתרון העיקרי של שיטה זו הוא יכולתה לשלוט ולהפריד במדויק גירויים מכניים וביוכימיים בתוך מיקרוסביבה מוגדרת. בניגוד לתרביות סטטיות קונבנציונליות שחסרות כוחות המודינמיים או למודלים בעלי חיים שלעיתים מסתירים את איתות רמת התא 4,17,18,19, פרוטוקול זה מאפשר מודולציה עצמאית של דפוסי זרימה ופרופילי ריכוז גלוקו.......

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

Disclosures

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

המחברים מצהירים שאין ניגוד עניינים.

Acknowledgements

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

עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (מספרי מענקים 12372304, 12172081) וקרנות המחקר הבסיסיות לאוניברסיטאות המרכזיות (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% Trypsin-EDTANEST Biotechnology Co., Ltd.211052דיסוציאציה תאית
מזרק 1 מ"לחברת המדעים הרפואיים של שנגחאי ג'נגבאנג בע"מ.1 מ"להזרקת נוזל
צלחת תרבית 60 מ"מNEST Biotechnology Co., Ltd.705001תרבית תאים
90&00; מחבר נירוסטה בזוויתלויאנג מאייר טריידינג בע"מ1.3 מ"ממכשיר איטום מתאם
תוכנת AutoCADאוטודסקRRID:SCR_014981תוכנת תכנון בעזרת מחשב
בקבוק זכוכית מבולוןחברת הונאן איידטה סיינטיק אינסטרומנט בע"מ.מעבר כפול 100 מ"למאגר מים
ערכת Calcein-AM/PIביוטייםBYT-c2015כתמים
חממת תאיםESCOאסקו סלמייטתרבית תאים
CellROX אדום עמוקInvitrogenC10422כתמים
D-גלוקוזסיגמא אולדריץ'47249גלוקוז
D-מניטולמקליןM813423לחץ אוסמוטי במאזן
דינמייק סטודיודנטק דיינמיקסV8.6תוכנת ניתוח PIV
סרום בקר עוברי (FBS)גיבקו14190-094מדיום
פיברונקטיןסיגמא אולדריץ'F-2006הידבקות תא
מיקרוחלקיקים פלואורסצנטייםתרמו-סיינטיפיקG0100Micro-PIV
כיסוי זכוכיתCitotest Scientific Co., Ltd.#1שבב מיקרופלואידי
רמת סוכר גבוהה DMEMסולרביולוגיה12100מדיום
מצלמת מהירות גבוההדנטק דיינמיקסFlowSense EOMicro-PIV
ImageJNIHRRID:SCR_003070תוכנת עיבוד תמונה
מיקרוסקופ פלואורסצנציה הפוךאולימפוסIX73כחיות תאים
מיקרוסקופ פלואורסצנציה הפוךאולימפוסIX83תצפית ורכישה
רמת סוכר נמוכה DMEMסולרביולוגיה31600מדיום
מקורOriginLabRRID:SCR_014212תוכנות לניתוח נתונים וגרפים
PDMSדאו אינק.184שבב מיקרופלואידי
פניצילין/סטרפטומיצין (P/S)NEST Biotechnology Co., Ltd.211092מדיום
מלח בופר פוספט (PBS)NEST Biotechnology Co., Ltd.211031תרבית תאים
מנקה פלזמהג'יארון וואנפנג טכנולוגיה בע"מ.PC-6Dשבב מיקרופלואידי
מערכת בקרת לחץ מתוכנתתאלווסיסיםOB1 MK4בקרת זרימה
צינור סיליקוןחברת נאנג'ינג רונזה לציוד בקרת נוזלים בע"מ.964101 מ"מ*3 מ"מ
תבנית ראשית של SU-8Boao Biology Group Co. Ltd.לא זמיןשבב מיקרופלואידי
בקר שסתוםאלווסיסיםMUX Wire V3בקרת זרימה

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