Medição e Modelagem contrátil que secam no Estrato Córneo Humano
1 de março de 2017
Este artigo descreve um método para quantificar o comportamento dinâmico de secagem e propriedades mecânicas do estrato córneo através da medição espacialmente resolvida no plano deslocamentos de secagem de amostras circulares de tecido aderidas a um substrato de elastómero. Esta técnica pode ser utilizada para medir a forma como os diferentes tratamentos químicos Após a secagem dos tecidos e propriedades mecânicas.
O objetivo geral deste método é quantificar a rigidez mecânica dinâmica e o acúmulo de tensões de secagem em amostras ex vivo de estrato córneo humano, após diferentes tratamentos químicos. Este método pode ajudar a responder a questões-chave nos campos da biomecânica e da ciência cosmética, como a composição do estrato córneo ou o tratamento do tecido da pele com produtos de higiene pessoal podem influenciar, suas propriedades mecânicas e comportamento dinâmico de secagem. A principal vantagem dessa técnica é que ela oferece uma alternativa mais rápida a outros métodos de avaliação mecânica, requer significativamente menos tecido cutâneo e fornece uma secagem mais fisiologicamente relevante, evitando a evaporação da parte inferior da amostra.
Para preparar lamínulas revestidas com elastômero, primeiro faça o agente de cura Sylgard 184 com sólidos básicos em uma proporção de base para agente de cura de 55 para um, até que fique homogêneo. São necessários seis gramas no total. Em seguida, desgaseifique a solução.
Em seguida, use a solução para revestir as lamínulas em um revestidor giratório. Usando uma pipeta de diâmetro largo, coloque um mililitro da mistura centralmente em uma lamínula. Em seguida, gire a lamínula a 2.000 rpm por 60 segundos.
Faça cinco ou seis lamínulas revestidas dessa maneira. Para curar as lamínulas, mantenha-as em um forno a 60 graus Celsius por 12 horas. No dia seguinte, meça a espessura dos filmes de elastômeros.
Use uma lâmina de barbear para levantar uma borda do filme de elastômero da lamínula. Em seguida, use um marcador indelével para marcar a parte superior do filme de elastômero e para marcar a lamínula tratada abaixo. Agora, usando um microscópio invertido, meça a altura Z entre os planos focais das marcas para medir as espessuras dos filmes.
Siga os procedimentos padrão para preparar o tecido SC. Para fazer amostras, pegue punções de seis milímetros de diâmetro do SC. Nas amostras, coloque uma marca no centro da face mais externa usando um marcador indelével. Em seguida, deposite esferas de marcação fluorescentes na superfície SC flutuando as amostras em 15 mililitros de água, contendo cerca de 90 microlitros de concentrado de contas.
Use agitação suave por 30 minutos e ajuste a concentração do cordão conforme necessário. Após o tratamento, mergulhe cada amostra em água para montá-la no elastômero. Posicione uma lamínula revestida em um ângulo raso, 15 a 30 graus sob o SC com o elastômero voltado para a parte inferior do SC. Em seguida, levante a lamínula da água com o SC anexado acima, laminando suavemente a amostra SC sem rugas ou ar preso.
Em seguida, seque as amostras montadas em condições ambientais por cerca de uma hora. Depois de secas, transferir as amostras para uma câmara hermeticamente fechada contendo um prato com água. Deixar as amostras equilibrarem a humidade durante 24 horas.
No dia seguinte, monte uma amostra em uma câmara de perfusão para uma sessão de imagem prolongada. Coloque a câmara de perfusão sobre o substrato e sele as bordas da câmara de perfusão ao elastômero usando graxa a vácuo. Em seguida, registre imagens fluorescentes e de luz transmitida com um campo de visão grande o suficiente para capturar a amostra SC completa.
Nas próximas 16 horas, tire uma imagem a cada 10 minutos. Em uma capela de exaustão química, coloque uma pequena tampa de plástico com um mililitro de silano. Transfira a tampa para um recipiente lacrado com uma lamínula forrada com elastômero, sem contato direto.
Deixe-os incubar em temperatura ambiente por cinco horas. Enquanto espera, prepare 20 mililitros de solução de contas de acordo com o protocolo de texto e despeje em um prato de 10 centímetros. Após cinco horas, coloque lentamente os substratos silanados com o lado do elastômero voltado para baixo, na solução do grânulo.
Coloque dois substratos em cada prato e deixe os substratos reagirem com as contas por 45 minutos. Posteriormente, com a ajuda de uma pinça, retire os substratos e enxágue-os em água destilada para remover as esferas não ligadas. Em seguida, seque-os sob um jato suave de ar comprimido e guarde-os em uma caixa opaca e lacrada.
Usando a técnica descrita anteriormente, transfira as amostras SC para um substrato tratado em banho-maria. Imediatamente após a montagem do SC, aplique uma gota de cinco microlitros de solução de esferas fluorescentes não diluídas sobre ele. Em seguida, deixe o SC secar por 60 minutos.
Agora, meça a espessura SC usando o microscópio com uma lente subjetiva de 40x em uma câmara de perfusão. Meça a espessura do SC ao longo do tempo, usando um acessório de foco remoto para registrar a diferença na altura Z entre as duas camadas de cordão. Uma camada está na interface do substrato SC e a outra está no topo do SC. Usando as técnicas descritas, uma amostra SC foi preparada e revestida com esferas fluorescentes.
Após 16 horas de secagem, a 25% de umidade relativa, os deslocamentos foram medidos. Devido à simetria circular das amostras, esses deslocamentos foram calculados azimutalmente. Durante a secagem, os deslocamentos azimutais permanecem pequenos.
Os perfis de deslocamento radial, no entanto, aumentaram monotonicamente do centro para a borda e cresceram em magnitude até que um equilíbrio fosse alcançado. Os perfis gravados em intervalos de 30 minutos mostram a evolução temporal dos deslocamentos no plano. A espessura média do SC diminuiu durante a secagem, principalmente nas primeiras duas horas.
A dinâmica de secagem foi então analisada ajustando os perfis de deslocamento a um modelo de contratilidade linear e elástica usando uma abordagem de mínimos quadrados. Do modelo, foi extraída a tensão contratual de secagem, bem como o módulo de elasticidade. Ambos os parâmetros aumentaram rapidamente nas primeiras duas horas de secagem.
Ao tentar este procedimento, é importante lembrar de colar as amostras completamente no substrato. Após este procedimento, outros métodos, como coloração lipídica, podem ser realizados para responder a perguntas adicionais, como como determinados tratamentos cosméticos alteram a composição lipídica do tecido.
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Visão Geral
Este artigo descreve um método para quantificar a rigidez mecânica dinâmica e o comportamento de secagem do estrato córneo humano. Ao medir os deslocamentos de secagem no plano de amostras de tecido sobre um substrato de elastômero, a técnica avalia como tratamentos químicos afetam as propriedades do tecido.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Biomecânica
- Ciência Cosmética
Contexto
- Compreender as propriedades mecânicas do estrato córneo é fundamental para aplicações no tratamento da pele.
- Os métodos atuais podem exigir mais tecido ou tempo do que o desejado.
- O comportamento dinâmico de secagem pode influenciar a eficácia de produtos de cuidados pessoais.
Objetivo do Estudo
- Quantificar tensões de secagem e rigidez mecânica em amostras de pele ex vivo.
- Avaliar o impacto de diversos tratamentos químicos nas propriedades da pele.
- Fornecer uma alternativa rápida aos métodos existentes de avaliação mecânica.
Métodos Utilizados
- Preparação de lamínulas revestidas com elastômero usando Sylgard 184.
- Medição de deslocamentos espacialmente resolvidos durante a secagem.
- Avaliação das propriedades mecânicas após o tratamento.
- Prevenção da evaporação pela face inferior da amostra para relevância fisiológica.
Resultados Principais
- O método permite a avaliação rápida das propriedades mecânicas da pele.
- Diferentes tratamentos químicos alteram significativamente o comportamento durante a secagem.
- É necessário menos tecido em comparação com os métodos tradicionais.
Conclusões
- Esta técnica aprimora a compreensão da biomecânica da pele.
- Fornece informações sobre os efeitos de produtos cosméticos na pele.
- Aplicações futuras podem melhorar a formulação e eficácia dos produtos.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
Este método permite uma avaliação rápida e fisiologicamente relevante das propriedades mecânicas do estrato córneo em condições de secagem, apoiando a avaliação inicial de formulações cosméticas e de cuidados pessoais. Ao quantificar as alterações dinâmicas na tensão de secagem e no módulo elástico, fornece informações preditivas sobre a função de barreira e a resiliência do tecido, orientando decisões de prosseguimento ou interrupção nos processos de desenvolvimento de produtos. A abordagem de alto rendimento e baixa exigência de tecido aumenta a eficiência do triagem e reduz a dependência de ensaios mecânicos tradicionais.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia Farmacêutica
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Valor Científico: Investigar como tratamentos cosméticos alteram as propriedades biomecânicas do estrato córneo, apoiando testes de hipóteses mecanicistas.
- Valor Operacional: Permite a triagem rápida dos efeitos de formulações na rigidez do tecido e na tensão de secagem com consumo mínimo de amostra.
Triagem e Desenvolvimento de Ensaios
- Valor Científico: Gera perfis quantitativos de deslocamento com resolução espacial que se correlacionam com alterações nas propriedades mecânicas durante a secagem.
- Valor Operacional: Padroniza o preparo da amostra e a medição por meio de punções circulares aderidas a elastômero, melhorando a reprodutibilidade entre os grupos de tratamento.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Valor Científico: Relaciona alterações induzidas pela formulação no comportamento de secagem com a integridade da barreira, apoiando a relevância translacional para resultados na saúde da pele.
- Valor Operacional: Fornece uma leitura contínua da evolução mecânica durante ciclos de secagem de 16 horas, permitindo avaliação de eficácia com resolução temporal.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
O método se insere em fluxos de trabalho de descoberta inicial, nos quais o impacto da formulação sobre a biomecânica da pele é avaliado antes da otimização do composto líder, oferecendo uma ponte entre triagem molecular e avaliação funcional do tecido.
- Biologia da Descoberta: Apoia a verificação de hipóteses sobre como produtos de cuidados pessoais influenciam a mecânica do estrato córneo e o acúmulo de estresse induzido pela dessecação.
- Triagem: Fornece construtos padronizados de tecido-elastômero prontos para ensaios, adequados para comparação multifatorial em triagens de formulações.
- Análises: Extrai tensão de dessecação e módulo elástico a partir de perfis de deslocamento ajustados, permitindo comparação quantitativa dos efeitos de tratamentos ao longo do tempo.
- Pesquisa Translacional: Relaciona a dinâmica mecânica da dessecação com a função de barreira, elucidando a relevância pré-clínica de intervenções cosméticas.
- Reutilização Empresarial: Estabelece uma plataforma reutilizável para avaliação de diversos ativos cosméticos, hidratantes e limpeza sob condições controladas de dessecação.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Confiança preditiva nos efeitos da formulação na resistência mecânica do tecido e no comportamento de secagem relacionado à barreira.
- Valor Operacional: Alto rendimento, baixo consumo de tecido e prevenção de artefatos de evaporação aumentam a confiabilidade e a escalabilidade do ensaio.
- Valor Estratégico: Permite a redução precoce de riscos de candidatos a formulações ao identificar aqueles que agravam o estresse mecânico induzido pela secagem.
- Impacto no Portfólio: Apoia a priorização ajustada ao risco de ingredientes cosméticos com base na compatibilidade biomecânica com o estrato córneo.
Considerações de Implementação
- Expertise em modelagem biomecânica e análise de imagens para rastreamento de deslocamento e ajuste de modelos.
- Acesso a centrífugas de deposição, câmaras de perfusão e controle ambiental para secagem regulada por umidade.
- Padronização dos protocolos de perfuração de tecidos, marcação com microesferas e revestimento com elastômero entre diferentes usuários.
- Considerações de adaptação para diferentes espessuras de tecido ou complacência da superfície ao estender o método além do estrato córneo humano.
- Limitação prática: o método assume comportamento elástico linear e simetria circular, o que pode não ser válido em estados teciduais patológicos ou severamente alterados.
