Niedostateczność śródbłonka jest krytycznym wczesnym wydarzeniem w rozwoju powikłań naczyniowych cukrzycy, napędzanym zarówno zaburzeniami metabolicznymi, jak i nieprawidłowymi siłami hemodynamicznymi1,2. Poziom glukozy oscylacyjnej, a nie tylko utrzymywana hiperglikemia, są coraz częściej rozpoznawane jako silne induktory stresu oksydacyjnego i sygnalizacji zapalnej w komórkach śródbłonka, prowadzące do uszkodzenia naczyń i upośledzonej homeostazy3,4,5. Jednocześnie, siłę ścinającą hemodynamiczną można uznać za główny czynnik decydujący o fenotypie śródbłonka, przy czym PSS w warunkach fizjologicznego wysiłku promuje produkcję tlenku azotu, obronę przeciwutleniającą i ochronę naczyń6,7,8. Dlatego zrozumienie zintegrowanych efektów oscylacji hiperglikemicznych i stymulacji hemodynamicznej jest niezbędne do wyjaśnienia mechanizmów niedostateczności śródbłonka.
Konwencjonalne modele in vitro, które często polegają na statycznych warunkach wysokiej glukozy lub uproszczonym przepływie warstwowym, nie radzą sobie z odtwarzaniem złożonej, dynamicznej interakcji między wskazaniami metabolicznymi i mechanicznymi obecnymi in vivo9,10,11. Podczas gdy modele zwierzęce uwzględniają układowe aspekty cukrzycy, brakuje im rozdzielczości na poziomie komórkowym potrzebnej do analizy sygnalizacji w kontrolowanych warunkach mikrośrodowiska12. Technologia mikrofluidyczna oferuje skuteczną alternatywę, zapewniając precyzyjną kontrolę przestrzenno-czasową biochemicznych i biomechanicznych bodźców w fizjologicznie odpowiednich geometriach13 i wpłynęła na znaczące ostatnie osiągnięcia w różnych innowacyjnych zastosowaniach biomedycznych14,15. Na przykład Chen i in.16 zaprojektowali urządzenie mikrofluidyczne z przestrzennym i czasowym stresem ścinającym ściany i sygnalizacją ATP do badania dynamiki wapnia wewnątrzkomórkowego w komórkach śródbłonka. Yu i in.11 opracowały mikrofluidyczny system czypów hemodynamicznych do wykrywania reakcji komórkowych w różnych kombinacjach fizjologicznego PSS i wysokich stężeń glukozy. Chociaż systemy te były używane do badania reakcji śródbłonka na stres ścinający lub pojedyncze czynniki zakłóceń metabolicznych, niewiele z nich z powodzeniem zintegrowało zarówno oscylacje glukozy, jak i PSS w jednym systemie. Dlatego brakuje znormalizowanego, możliwego do powtórzenia protokołu, który synchronizuje oba czynniki w kontrolowanym środowisku mikrofluidycznym.
Ta metoda wypełnia tę lukę, ustanawiając możliwe do powtórzenia mikrofluidyczne systemy zdolne do dostarczania powiązanego OG i PSS. Głównym celem tego podejścia jest modelowanie stresu oksydacyjnego, upośledzonej żywotności komórek i reakcji mechanobiologicznych leżących u podstaw niedostateczności śródbłonka w sposób fizjologicznie odpowiedni. W przeciwieństwie do statycznej kultury lub konwencjonalnych komór perfuzji, to podejście poprawia istniejące modele, umożliwiając jednoczesną i kontrolowaną modulacje zarówno bodźców metabolicznych, jak i mechanicznych, bliżej przybliżające diabetyczne mikrośrodowisko naczyniowe. Ponadto system jest zgodny z obrazowaniem żywych komórek, monitorowaniem w czasie rzeczywistym i analizą molekularną, co sprawia, że nadaje się do szerokiego zakresu zastosowań, w tym badań mechanizmu, modelowania chorób i przesiewowych badań leków na funkcjonowanie i uszkodzenia śródbłonka.