$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Wskaźniki zachorowalności na choroby sercowo-naczyniowe są największe w Ameryce, a wiele z nich wynika z niezdrowego układu krwinek. Zdrowe tętnice składają się z elastycznej tkanki z miękką powierzchnią światła pokrytą monowarstwą komórek śródbłonka (EC). Przepływ tętniczy można modelować jako funkcję fali oscylacyjnej o dodatnim średnim natężeniu przepływu. Wskaźnik pulsatywności (PI) jest ilorazem wielkości oscylacji i średniego przepływu (PI = (maks. - min.) / średnia),1 i został zamodelowany in vitro ze zmienną elastycznością naczyń. 2 Elastyczność tętnic jest ważna w magazynowaniu energii przepływu ze skurczów serca, rozszerzania się pod ciśnieniem skurczowym i odgrywa znaczącą rolę w modulowaniu przepływu krwi PI. Ponieważ serce utrzymuje stały, pulowy, objętościowy przepływ, rozszerzenie tętnic zwiększa pole przekroju poprzecznego, zwiększając stabilność przepływu poprzez zmniejszenie prędkości przepływu, naprężeń ścinających i PI. Często w niezdrowych tętnicach występują zmiany elastyczności lub podatności, wykazując usztywnienie spowodowane przebudową naczyń krwionośnych, bliznowatą tkanką lub zwapnieniem 3,4. Ponadto inne zaburzenia naczyniowe, takie jak przerost neointimy (NIH),5 tętniak inadciśnienie6 oraz zwłóknienie naczyń4, mogą zwężać średnicę naczynia. Jednak obecne leczenie farmakologiczne i leczenie za pomocą urządzeń w chorobach naczyniowych często zaniedbuje znaczenie zgodności ścian naczyń lub dynamiki przepływu krwi w chorobie naczyniowej, która często jest skomplikowana przez zmiany w morfologii i właściwościach naczyń. Ani angioplastyka balonowa, ani stentowanie nie rozwiązują problemu elastyczności ścian7. Dlatego modelowanie in vitro przepływów krwi wynikających z choroby tętnic i leczenia jest ważne w badaniu patologii chorobowych i przyszłej skuteczności leczenia. W niniejszym artykule opisano metodę replikacji fizjologicznego i patologicznego przepływu krwi przeznaczoną do określenia odpowiedzi komórek w patologiach chorób naczyniowych. Przepływ płynu powoduje naprężenie ścinające na ścianie naczynia, co jest ważnym sygnałem mechanicznym dla zdrowia naczynia, wpływającym na wszystkie komórki w obrębie układu naczyniowego. Zidentyfikowano kilka mechanicznych czujników na śródbłonku naczyniowym do ścinania płynu, w tym rzęski pierwotnej, które wykazano w ostatnich badaniach nad mechanosensacją śródbłonka8. Na aktywność i morfologię komórek śródbłonka ma wpływ prędkość, kierunek i pulsacja przepływu. Dodatkowo, na migrację komórek mięśni gładkich (SMC) mogą wpływać sygnały mechaniczne przepływu o niskiej prędkości przez płyn śródmiąższowy9, a także mogą być przenoszone przez sygnalizację parakrynną z komórek śródbłonka poprzez ich odpowiedź na przepływ i mechano-transdukcję sygnałów przepływu poprzez uwalnianie cytokin10. Zależność od "dawki" średniego ścinania, PI i sygnalizacji parakrynnej może być również współzależna. W tym celu określenie odpowiedzi komórek naczyniowych na ścinanie płynu przy zróżnicowanym "dawkowaniu" w hodowli jednowarstwowej lub kokulturze in vitro może dostarczyć mechanistycznych informacji na temat przebudowy naczyń krwionośnych i poprawić przewidywanie chorób i leczenia. System przepływu zastosowany w tym eksperymencie składa się z pompy krwi, zbiornika powietrza tłumiącego przepływ przed przepływem, przepływomierza używanego tylko podczas konfiguracji eksperymentalnej, hodowli komórkowej za nim, komory przepływu z równoległą płytką i zbiornika pożywki. Kontrolę zmiennych przepływu naczyniowego, takich jak średnie natężenie przepływu, uderzenia na minutę i PI, można osiągnąć poprzez kontrolowanie natężenia przepływu, częstotliwości impulsów i wprowadzenie tłumienia ciśnienia. Pulsacyjne pompy krwi są dostępne ze zmiennym przemieszczeniem skoku, przy kontrolowanej częstotliwości udaru, odnoszącej się bezpośrednio do średniego objętościowego natężenia przepływu i częstotliwości tętna. Wprowadzenie zbiornika powietrza w obiegu przepływu pozwala na tłumienie ciśnienia, zmniejszając wielkość oscylacji przepływu. Media są nieściśliwym płynem, podczas gdy powietrze w komorze tłumienia jest ściśliwe, co pozwala na pochłanianie nadmiernego ciśnienia z fali przepływowej przez sprężanie powietrza. Stosunek powietrza do mediów pozwala na kontrolę nad stopniem tłumienia. Z akrylu stworzono niestandardową komorę przepływową do hodowli komórkowych o długości 75 mm i szerokości 50 mm. Przepływ wchodzi przez otwór wlotowy i rozszerza się przez kolektor wlotowy, zapewniając stały przepływ w całej komorze przepływowej. Podobny przepływ i struktury występują na wylocie z komory. Komórki są wysiewane na funkcjonalizowanych szkiełkach, a następnie umieszczane w komorze przepływowej. Pozwala to na uzyskanie dużych populacji, które można łatwo odzyskać po badaniu. Eksperymenty z kokulturami mogą wykorzystywać porowatą membranę poliwęglanową w celu wyeliminowania kontaktu między komórkami między kulturami, umożliwiając jednocześnie transport cytokin/przepływ. System ten był wcześniej używany do modelowania wysokiego przepływu PI i jego wpływu na hodowlę jednowarstwową śródbłonka i kokulturę EC/SMC 1,10, w celu zbadania odpowiedzi komórek na chorobę o patologicznie wysokim PI. Opisując protokół używany do modelowania tych warunków przepływu, mamy nadzieję pomóc innym w określeniu udziału sygnału przepływu w odpowiedzi komórki.