מדידת דוגמנות התכווצות ייבוש אנושי שכבה קרנית
1 במרץ 2017
מאמר זה מתאר שיטה לכימות התנהגות הייבוש הדינמית תכונות מכאניות של שכבה קרנית על ידי מדידה נפתרה מרחבית ב-מטוס התקות ייבוש של דגימות רקמה עגולות דבקות מצע אלסטומר. טכניקה זו יכולה לשמש כדי למדוד עד כמה שונה טיפולים כימיים לשנות תכונות מכאניות ייבוש ורקמות.
המטרה הכוללת של שיטה זו היא לכמת את הנוקשות המכנית הדינמית והצטברות מתחי ייבוש בדגימות ex vivo של שכבת הקרנית האנושית, לאחר טיפולים כימיים שונים. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בתחומי הביומכניקה ומדעי הקוסמטיקה, כגון כיצד הרכב שכבת הקרנית או טיפול ברקמת העור במוצרי טיפוח אישי יכולים להשפיע על תכונותיה המכניות והתנהגות הייבוש הדינמית. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהיא מציעה אלטרנטיבה מהירה יותר לשיטות הערכה מכניות אחרות, דורשת פחות רקמת עור באופן משמעותי ומספקת ייבוש רלוונטי יותר מבחינה פיזיולוגית על ידי מניעת אידוי מהצד התחתון של הדגימה.
להכנת כיסויים מצופים אלסטומר, הכינו תחילה חומר ריפוי Sylgard 184 עם מוצקי בסיס ביחס בסיס לחומר ריפוי של 55 לאחד, עד שהוא הומוגני. יש צורך בשישה גרם בסך הכל. לאחר מכן, הסר גז מהתמיסה.
לאחר מכן השתמש בתמיסה כדי לצפות את הכיסויים על ציפוי ספין. בעזרת פיפטה רחבה, זרוק מיליליטר אחד מהתערובת במרכז על כיסוי. לאחר מכן סובב את הכיסוי ב-2,000 סל"ד למשך 60 שניות.
הכינו חמישה או שישה כיסויים מצופים בצורה זו. כדי לרפא את הכיסויים, שומרים אותם בתנור של 60 מעלות צלזיוס למשך 12 שעות. למחרת, מדוד את עובי סרטי האלסטומר.
השתמש בסכין גילוח כדי להרים קצה אחד של סרט האלסטומר מהכיסוי. לאחר מכן השתמש בטוש בל יימחה כדי לסמן את הצד העליון של סרט האלסטומר ולסמן את הכיסוי המטופל שמתחתיו. כעת, באמצעות מיקרוסקופ הפוך, מדוד את גובה ה-Z בין מישורי המוקד של הסימנים כדי למדוד את עובי הסרטים.
עקוב אחר הנהלים הסטנדרטיים להכנת רקמת ה-SC. כדי ליצור דגימות, קח אגרופים בקוטר שישה מילימטר מה-SC. על הדגימות, הניחו סימן במרכז הפנים החיצוניות ביותר באמצעות טוש בלתי ניתן למחיקה. לאחר מכן, הפקידו חרוזי סמן פלואורסצנטיים על פני השטח של SC על ידי הצפת הדגימות ב-15 מיליליטר מים, המכילים כ-90 מיקרוליטר של תרכיז חרוזים.
השתמש בערבול עדין למשך 30 דקות והתאם את ריכוז החרוזים לפי הצורך. לאחר הטיפול יש לטבול כל דגימה במים כדי להרכיב אותה על האלסטומר. מקם כיסוי מצופה בזווית רדודה, 15 עד 30 מעלות מתחת ל-SC עם האלסטומר לכיוון הצד התחתון של ה-SC. לאחר מכן הרם את הכיסוי מהמים כשה-SC מחובר למעלה, ובכך למינציה חלקה של דגימת ה-SC ללא קמטים או אוויר כלוא.
לאחר מכן, יבש את הדגימות המותקנות בתנאי הסביבה למשך כשעה. לאחר הייבוש, העבירו את הדגימות לתא אטום הרמטית המכיל צלחת מים. אפשר לדגימות להתייצב ללחות למשך 24 שעות.
למחרת, הרכיבו דגימה לתא זלוף לפגישת הדמיה ממושכת. הנח את תא הזלוף מעל המצע ואטום את שולי תא הזלוף לאלסטומר באמצעות שומן ואקום. לאחר מכן הקלט תמונות פלואורסצנטיות ואור משודר עם שדה ראייה גדול מספיק כדי ללכוד את דגימת ה-SC המלאה.
במהלך 16 השעות הבאות, צלם תמונה כל 10 דקות. במכסה אדים כימי, טען מכסה פלסטיק קטן עם מיליליטר אחד של סילאן. העבירו את הפקק לכלי אטום עם כיסוי אחד מרופד באלסטומר, ללא מגע ישיר.
אפשר להם לדגור בטמפרטורת החדר למשך חמש שעות. בזמן ההמתנה, הכינו 20 מיליליטר תמיסת חרוזים על פי פרוטוקול הטקסט ואז שפכו אותו לכלי של 10 סנטימטרים. לאחר חמש שעות, הניחו לאט את המצעים הסילניים עם צד אלסטומר כלפי מטה, לתוך תמיסת החרוזים.
טען שני מצעים לכל מנה ותן למצעים להגיב עם החרוזים למשך 45 דקות. מאוחר יותר, בעזרת פינצטה, הסר את המצעים ושטוף אותם במים מזוקקים כדי להסיר את החרוזים הלא קשורים. לאחר מכן יבש אותם תחת זרם עדין של אוויר דחוס ואחסן אותם בקופסה אטומה
ואטומה.באמצעות הטכניקה שתוארה קודם לכן, העבירו את דגימות ה-SC למצע מטופל באמבט מים. מיד לאחר הרכבת ה-SC, מרחו עליו טיפה של חמישה מיקרוליטר של תמיסת חרוזי סמן פלורסנט לא מדוללת. לאחר מכן הניחו ל-SC להתייבש למשך 60 דקות.
כעת, מדוד את עובי ה-SC באמצעות המיקרוסקופ עם עדשה סובייקטיבית פי 40 בתא זלוף. מדוד את עובי ה-SC לאורך זמן, באמצעות אביזר מיקוד מרחוק כדי לתעד את ההבדל בגובה Z בין שתי שכבות החרוזים. שכבה אחת נמצאת בממשק המצע SC והשנייה נמצאת על גבי ה-SC. באמצעות הטכניקות המתוארות, דגימת SC הוכנה וצופה בחרוזים פלואורסצנטיים.
לאחר 16 שעות ייבוש, בלחות יחסית של 25%, נמדדו תזוזות. בשל הסימטריה המעגלית של הדגימות, תזוזות אלה היו ממוצעות אזימוטליות. לאורך הייבוש, תזוזות האזימוטליות נשארות קטנות.
פרופילי תזוזה רדיאליים, לעומת זאת, גדלו באופן מונוטוני מהמרכז לקצה וגדלו בגודלם עד שהושג שיווי משקל. פרופילים שנרשמו במרווחים של 30 דקות מראים את התפתחות הזמן של תזוזות במישור. עובי ה-SC הממוצע ירד במהלך הייבוש, בעיקר במהלך השעתיים הראשונות.
לאחר מכן נותחה דינמיקת הייבוש על ידי התאמת פרופילי התזוזה למודל התכווצות ליניארי ואלסטי תוך שימוש בגישת מינימום ריבועים מינימליים. מהדגם הופק מתח הייבוש החוזי, כמו גם המודול האלסטי. שני הפרמטרים גדלו במהירות במהלך השעתיים הראשונות של הייבוש.
בעת ניסיון הליך זה, חשוב לזכור להדביק את הדגימות על המצע לחלוטין. לאחר הליך זה, ניתן לבצע שיטות אחרות כמו צביעת שומנים על מנת לענות על שאלות נוספות כגון כיצד טיפולים קוסמטיים מסוימים משנים את הרכב השומנים ברקמות.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מאמר זה מתאר שיטה לכימות הקשיחות המכנית הדינמית והתנהגות הייבוש של שכבת הקרנית של העור האנושי (stratum corneum). באמצעות מדידת הסטות ייבוש במישור של דגימות רקמה על מצע אלסטומר, הטכניקה מעריכה כיצד טיפולים כימיים משפיעים על תכונות הרקמה.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- ביומכניקה
- מדע קוסמטי
רקע
- הבנת התכונות המכניות של השכבה הקרנית (stratum corneum) היא חיונית ליישומים של טיפול בעור.
- שיטות נוכחיות עשויות לדרוש יותר רקמה או זמן מהרצוי.
- התנהגות התייבשות דינמית עשויה להשפיע על יעילותם של מוצרי טיפוח אישיים.
מטרת המחקר
- לכימות מאמצי ייבוש וקשיחות מכנית בדגימות עור ex vivo.
- להערכת ההשפעה של טיפולים כימיים שונים על תכונות העור.
- לספק חלופה מהירה לשיטות קיימות להערכה מכנית.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- הכנת לוחות כיסוי מצופים באלסטומר באמצעות Sylgard 184.
- מדידה של הסטות ייבוש ברזולוציה מרחבית.
- הערכת תכונות מכניות לאחר הטיפול.
- מניעת התאיידות מהצד התחתון של הדגימה לשמירה על רלוונטיות פיזיולוגית.
תוצאות עיקריות
- השיטה מאפשרת הערכה מהירה של תכונות מכניות של העור.
- טיפולים כימיים שונים משנים באופן משמעותי את התנהגות הייבוש.
- נדרשת כמות רקמה קטנה יותר בהשוואה לשיטות מסורתיות.
מסקנות
- טכניקה זו משפרת את ההבנה של הביומכניקה של העור.
- היא מספקת תובנות לגבי ההשפעות של מוצרי קוסמטיקה על העור.
- יישומים עתידיים עשויים לשפר את פורמולציית המוצר ואת יעילותו.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
שיטה זו מאפשרת הערכה מהירה ורלוונטית פיזיולוגית של התכונות המכניות של ה-stratum corneum בתנאי ייבוש, ובכך תומכת בהערכה בשלבים מוקדמים של פורמולציות לקוסמטיקה וטיפוח אישי. באמצעות כימות שינויים דינמיים במתח הייבוש ובמודול האלסטיות, היא מספקת תובנות ניבויות לגבי תפקוד מחסום העור ועמידות הרקמה, ומסייעת בקבלת החלטות לגבי המשך הפיתוח (go/no-go) בקווי פיתוח מוצרים. גישה זו, המתאפיינת בתפוקה גבוהה ובדרישה לרקמה מועטה, משפרת את יעילות הסריקה ומפחיתה את ההסתמכות על בדיקות מכניות מסורתיות.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: בוחן כיצד טיפולים קוסמטיים משנים את התכונות הביומכניות של ה-stratum corneum, ובכך תומך בבדיקת היפותזות מכניסטיות.
- ערך תפעולי: מאפשר סריקה מהירה של השפעות פורמולציות על קשיחות הרקמה ומתח ייבוש תוך צריכה מינימלית של דגימות.
סריקה ופיתוח בדיקה
- ערך מדעי: מייצר פרופילים כמותיים של עקירה ברזולוציה מרחבית, המתואמים לשינויים בתכונות המכניות במהלך הייבוש.
- ערך תפעולי: מבצע סטנדרטיזציה של הכנת הדגימות והמדידה באמצעות דקיקות מעגליות המודבקות לאלסטומר, ובכך משפר את השחזוריות בין קבוצות הטיפול.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- ערך מדעי: מקשר בין שינויים בהתנהגות הייבוש המושרים על ידי הפורמולציה לבין שלמות מחסום העור, ובכך תומך ברלוונטיות תרגומית לתוצאות בריאות העור.
- ערך תפעולי: מספק קריאה רציפה של האבולוציה המכנית לאורך מחזורי ייבוש של 16 שעות, מה שמאפשר הערכת יעילות ברזולוציית זמן.
שילוב תהליכים וזרימת עבודה
השיטה משתלבת בתהליכי גילוי מוקדמים שבהם מוערכת השפעת הפורמולציה על הביומכניקה של העור לפני אופטימיזציה של המולקולה המובילה, ובכך היא מהווה גשר בין סינון מולקולרי להערכה תפקודית של הרקמה.
- ביולוגיה של הגילוי: תומכת בבדיקת השערות לגבי האופן שבו מוצרי טיפוח אישיים משפיעים על המכניקה של ה-stratum corneum ועל הצטברות מאמצים המושרים על ידי ייבוש.
- סריקה: מספקת מבני רקמה-אלסטומר סטנדרטיים ומוכנים לבדיקה, המתאימים להשוואה בין מספר תנאים בסריקות של פורמולציות.
- אנליטיקה: מחלצת את מאמץ הייבוש ואת המודול האלסטי מפרופילי העתקה מותאמים, מה שמאפשר השוואה כמותית של השפעות הטיפול לאורך זמן.
- מחקר טרנסלציונלי: מקשרת בין דינמיקת ייבוש מכנית לבין תפקוד מחסום העור, ובכך מספקת מידע על הרלוונטיות הפרה-קלינית של התערבויות קוסמטיות.
- שימוש חוזר ארגוני: מבססת פלטפורמה לשימוש חוזר להערכת חומרים פעילים קוסמטיים מגוונים, לחוחים ומנקי עור תחת תנאי ייבוש מבוקרים.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: ביטחון חיזוי בהשפעות הפורמולציה על העמידות המכנית של הרקמה והתנהגות ייבוש הקשורה למחסום.
- ערך תפעולי: תפוקה גבוהה, צריכת רקמה נמוכה ומניעת ארטיפקטים של אידוי משפרים את אמינות הבדיקה ואת יכולת ההרחבה שלה.
- ערך אסטרטגי: מאפשר הפחתת סיכונים מוקדמת של מועמדים לפורמולציה על ידי זיהוי אלו המגבירים את העקה המכנית המושרית על ידי ייבוש.
- השפעה על פורטפוליו: תומך בתעדוף מותאם-סיכון של רכיבים קוסמטיים בהתבסס על תאימות ביו-מכנית ל-stratum corneum.
שיקולי יישום
- מומחיות במידול ביומכני ובניתוח תמונות למעקב אחר העתקה והתאמת מודלים.
- גישה למכשירי spin coater, תאי פרפוזיה ובקרה סביבתית לייבוש בבקרה של לחות.
- סטנדרטיזציה של פרוטוקולי ניקוב רקמות, סימון חרוצים (beads) וציפוי אלסטומר בין משתמשים שונים.
- שיקולי התאמה עבור עובי רקמות שונה או גמישות תשתית (substrate compliance) בעת הרחבת השימוש מעבר לשכבת ה-stratum corneum האנושית.
- מגבלה מעשית: השיטה מניחה התנהגות אלסטית ליניארית וסימטריה מעגלית, שייתכן ולא יתקיימו במצבי רקמה פתולוגיים או משונוים באופן חמור.
