Method Article

Een microfluïdisch systeem voor het modelleren van endotheeldisfunctie onder gecombineerde fysiologische pulserende schuifspanning en oscillerende hyperglykemie

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

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

Hier presenteren we een protocol om een microfluïdisch systeem te fabriceren en te bedienen dat endotheelcellen blootstelt aan gesynchroniseerde oscillerende hyperglykemie en pulserende schuifspanning. Deze benadering biedt een fysiologisch relevant in vitro model voor het bestuderen van diabetische endotheeldysfunctie. Dit protocol maakt kwantitatieve metingen van oxidatieve stress en endotheelcelresponsen mogelijk.

Abstract

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

Endotheeldisfunctie bij diabetische vasculaire complicaties omvat complexe interacties tussen metabole stoornissen, specifiek oscillerende glucose (OG) en pulsatieve schuifstress (PSS). Hoewel deze factoren geïsoleerd zijn onderzocht, blijven conventionele modellen beperkt tot statische hoge glucose of vereenvoudigde laminaire stroming, zonder het vermogen om de geïntegreerde ruimtelijke temporele koppeling in de diabetische bloedvaten na te bootsen. Door gebruik te maken van een programmeerbaar microfludiïdisch platform biedt dit protocol een waardevol platform om de geïntegreerde effecten van gesynchroniseerde oscillerende hyperglykemie en fysiologische PSS op endotheelcellen te onderzoeken. Dit protocol heeft als doel endotheeldisfunctie te modelleren onder fysiologisch relevante gekoppelde metabole en mechanische omstandigheden. Het gebruik van een polydimethylsiloxaan (PDMS) chip gecombineerd met een drukgestuurd besturingssysteem maakt precieze, onafhankelijke modulatie van stroomgolfvormen en glucoseconcentratieprofielen mogelijk. De hemodynamische trouw van het systeem wordt gevalideerd door Micro-Particle Image Velocimetrie (Micro-PIV), terwijl de cellulaire respons kwantitatief wordt gekarakteriseerd door het monitoren van intracellulaire reactieve zuurstofsoorten (ROS) niveaus en cellevensvatbaarheid. Representatieve resultaten tonen aan dat fysiologische PSS effectief de oxidatieve schade die door OG wordt veroorzaakt, vermindert. Dit effect wordt aangetoond door verlaagde intracellulaire ROS-niveaus en verbeterde cellevensvatbaarheid onder gecombineerde stimulatiecondities. Afhankelijk van de onderzoeksvraag kunnen parameters zoals schuifspanningspatronen, glucoseoscillatiefrequenties en kanaalgeometrieën worden aangepast. Deze methode dient als een veelzijdig hulpmiddel voor mechanistische studies van mechanobiologische routes en medicijnscreening voor therapeutische interventies bij diabetische vasculaire ziekten.

Introduction

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

Endotheeldisfunctie is een cruciale vroege gebeurtenis in de ontwikkeling van diabetische vasculaire complicaties, veroorzaakt door zowel metabole verstoringen als abnormale hemodynamische krachten 1,2. OG-niveaus, in plaats van alleen aanhoudende hyperglykemie, worden steeds vaker erkend als krachtige veroorzakers van oxidatieve stress en ontstekingssignalering in endotheelcellen, wat leidt tot vasculaire schade en verstoorde homeostase 3,4,5. Tegelijkertijd is hemodynamische schuifs....

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

Protocol

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

Ethische verklaring:

OPMERKING: Alle reagentia, apparaten en software die in dit protocol worden gebruikt, staan vermeld in de Materiaaltabel.

1. Microfluidische chipfabricage

  1. Gebruik computerondersteund ontwerp (CAD) software om de structuur van de microfluidische chip te ontwerpen (W x L x H = 2 mm x 30 mm x 0,1 mm, Figuur 1A) en maak de SU-8 meestermal via een commercieel bedrijf.
  2. Meng PDMS uithardingsmiddel en prepolymeer in een verhouding van 10:1 per gewicht in een schone mengbeker en roer....

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

Results

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

Micro-PIV validatie van het stroomveld binnen het microfluïdische kanaal
Figuur 1D geeft een overzicht van het microfluïdische platform dat wordt gebruikt om endotheelresponsen op gekoppelde metabole en mechanische stimulatie te onderzoeken. Het systeem integreert een rechtkanaals PDMS microfluidische chip met een drukgestuurde flowregelmodule, waardoor de toepassing van de OG-conditie samen met fysiologische PSS mogelijk is. Een program.......

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

Discussion

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

Het hierin beschreven microfluidische systeem biedt een robuust en fysiologisch relevant platform om de geïntegreerde effecten van OG en PSS op de functie van endotheelcellen te onderzoeken. Het belangrijkste voordeel van deze methode ligt in het vermogen om mechanische en biochemische prikkels binnen een gedefinieerde microomgeving nauwkeurig te controleren en te ontkoppelen. In tegenstelling tot conventionele statische culturen die geen hemodynamische krachten hebben of diermodellen di.......

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

Disclosures

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

De auteurs geven geen belangenconflict aan.

Acknowledgements

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

Dit werk werd ondersteund door de Nationale Stichting voor Natuurwetenschappen van China (subsidienummers 12372304, 12172081) en de Fundamentele Onderzoeksfondsen voor de Centrale Universiteiten (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.211052Cell dissociation
1 mL syringeShanghai Zhengbang Medical Science Co., Ltd.1mLInject fluid
60 mm culture dishNEST Biotechnology Co., Ltd.705001Cell culture
90° angled stainless-steel connectorLuoyang Mayer Trading Co.,Ltd.1.3 mmAdapter sealing device
AutoCAD softwareAutodeskRRID:SCR_014981Computer-aided design software
Boronized glass bottleHunan Aidete Scientific Instruments Co., Ltd.Double-pass 100mLreservoir
Calcein-AM/PI KitBeyotimebyt-c2015Staining
Cell incubatorESCOEsco CelMateCell culture
CellROX Deep RedInvitrogenC10422Staining
D-glucoseSigma Aldrich47249Glucose
D-mannitolMacklinM813423Balance osmotic pressure
DynamicStudioDantec DynamicsV8.6PIV analysis software
Fetal bovine serum (FBS)Gibco14190-094Medium
FibronectinSigma AldrichF-2006Cell adhesion
Fluorescent microparticlesThermo ScientificG0100Micro-PIV
Glass coverslipCitotest Scientific Co.,Ltd.#1Microfluidic chip
High glucose DMEMSolarbio12100Medium
High-speed cameraDantec DynamicsFlowSense EOMicro-PIV
ImageJNIHRRID:SCR_003070Image processing software
Inverted fluorescence microscopeOlympusIX73Cell viability
Inverted fluorescence microscopeOlympusIX83Observation and acquisition
Low glucose DMEMSolarbio31600Medium
OriginOriginLabRRID:SCR_014212Data analysis and graphing software
PDMSDow lnc.184Microfluidic chip
Penicillin/streptomycin (P/S)NEST Biotechnology Co., Ltd.211092Medium
Phosphate buffer saline (PBS)NEST Biotechnology Co., Ltd.211031Cell culture
Plasma cleanerJiarun Wanfeng Technology Co., Ltd.PC-6DMicrofluidic chip
Programmable pressure control systemElvesysOB1 MK4Flow control
Silicone tubeNanjing Runze Fluid Control Equipment Co., Ltd.964101mm*3mm
SU-8 master moldBoao Biology Group Co. Ltd.N/AMicrofluidic chip
Valve controllerElvesysMUX Wire V3Flow control

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