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La disfunzione endoteliale è un evento critico precoce nello sviluppo delle complicazioni vascolari diabetiche, causata sia da disturbi metabolici sia da forze emodinamicheanomale 1,2. I livelli di OG, piuttosto che solo l'iperglicemia sostenuta da sola, sono sempre più riconosciuti come potenti induttori dello stress ossidativo e della segnalazione infiammatoria nelle cellule endoteliali, portando a lesioni vascolari e omeostasicompromessa 3,4,5. Contemporaneamente, lo stress di taglio emodinamico è un determinante principale del fenotipo endoteliale, con la PSS in condizioni di esercizio fisiologico che promuove la produzione di ossido nitrico, la difesa antiossidante e la protezionevascolare 6,7,8. Pertanto, comprendere gli effetti integrati dell'iperglicemia oscillatoria e della stimolazione emodinamica è essenziale per chiarire i meccanismi della disfunzione endoteliale.
I modelli convenzionali in vitro, che spesso si basano su condizioni statiche ad alto livello di glucosio o su un flusso laminare semplificato, non riescono a replicare la complessa e dinamica interazione tra segnali metabolici e meccanici presente invivo 9,10,11. Sebbene i modelli animali catturiscano aspetti sistemici del diabete, mancano della risoluzione a livello cellulare necessaria per dissezionare la segnalazione in condizioni microambientalicontrollate 12. La tecnologia microfluidica offre un'alternativa efficace, fornendo un controllo spaziotemporale preciso degli stimoli biochimici e biomeccanici in geometrie fisiologicamente rilevanti13, e ha guidato importanti progressi recenti in varie applicazioni biomediche innovative14,15. Ad esempio, Chen et al.16 progettarono un dispositivo microfluidico con stress di taglio della parete spaziale e temporale e segnalazione ATP per lo studio della dinamica intracellulare del Ca2+ nelle cellule endoteliali. Yu et al.11 hanno sviluppato un sistema a chip microfluidico emodinamico per rilevare le risposte cellulari sotto diverse combinazioni di PSS fisiologico e concentrazioni elevate di glucosio. Sebbene questi sistemi siano stati utilizzati per studiare le risposte endoteliali allo stress di taglio o alle perturbazioni metaboliche a singolo fattore, pochi sono riusciti a integrare con successo sia le oscillazioni del glucosio che il PSS all'interno di un unico sistema. Pertanto, manca un protocollo standardizzato e riproducibile che sincronizzi entrambi i fattori in un contesto microfluidico controllato.
Questo metodo colma questa lacuna stabilendo un sistema microfluidico riproducibile in grado di fornire OG e PSS accoppiati. L'obiettivo principale di questo approccio è modellare lo stress ossidativo, la vitalità cellulare compromessa e le risposte meccanobiologiche alla base della disfunzione endoteliale in modo fisiologicamente rilevante. A differenza della coltura statica o delle camere di perfusione convenzionali, questo approccio migliora i modelli esistenti consentendo una modulazione simultanea e controllata sia di stimoli metabolici che meccanici, avvicinandosi più da vicino al microambiente vascolare diabetico. Inoltre, il sistema è compatibile con imaging a cellule vive, monitoraggio in tempo reale e analisi molecolare, rendendolo adatto a un'ampia gamma di applicazioni tra cui studi meccanicistici, modellazione delle malattie e screening farmacologico per la funzione e lesioni endoteliali.