Микрофлюидная система для моделирования дисфункции эндотелиума при комбинированном физиологическом пульсативном сдвиговом стрессе и осцилляторной гипергликемии

Si-Yu Hu; Xiao-Yu Xu; Chun-Dong Xue; Kai-Rong Qin

doi:10.3791/71037

Method Article

Микрофлюидная система для моделирования дисфункции эндотелиума при комбинированном физиологическом пульсативном сдвиговом стрессе и осцилляторной гипергликемии

DOI:

10.3791/71037

⸱

May 12th, 2026

Si-Yu Hu¹^,² , Xiao-Yu Xu³ , Chun-Dong Xue¹^,³^,⁴ , Kai-Rong Qin¹^,³^,⁴

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

Summary

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

Здесь мы представляем протокол по изготовлению и эксплуатации микрофлюидной системы, которая подвергает эндотелиальные клетки синхронной осцилляционной гипергликемии и пульсативному сдвиговому стрессу. Этот подход предоставляет физиологически релевантную модель in vitro для изучения дисфункции эндотелиального диабета. Этот протокол позволяет количественно измерять окислительный стресс и ответы эндотелиальных клеток.

Abstract

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

Эндотелиальная дисфункция при диабетических сосудистых осложнениях включает сложные взаимодействия между метаболическими нарушениями, в частности осцилляторной глюкозой (ОГ) и пульсативным сдвиговым стрессом (ПСС). Хотя эти факторы изучались изолированно, традиционные модели остаются ограниченными статическим высокоуровнем глюкозы или упрощённым ламинарным потоком, не обладая способностью имитировать интегрированную пространственно-временную связь, присутствующую в диабетической сосудистой системе. Используя программируемую микрофлюидную платформу, этот протокол предоставляет ценную платформу для изучения интегрированного эффекта синхронизированной осцилляторной гипергликемии и физиологической ПСС на эндотелиальные клетки. Этот протокол направлен на моделирование эндотелиальной дисфункции при физиологически значимых связанных метаболических и механических условиях. Использование чипа полидиметилсилоксана (PDMS) в сочетании с системой управления под давлением позволяет точно и независимо модулировать волны потока и профили концентрации глюкозы. Гемодинамическая точность системы подтверждается с помощью велосиметрии микрочастиц изображения (Micro-PIV), а клеточный ответ количественно характеризуется мониторингом внутриклеточного уровня реактивных кислородных форм (ROS) и жизнеспособности клеток. Репрезентативные результаты показывают, что физиологическая ПСС эффективно ослабляет окислительное повреждение, вызванное ОГ. Этот эффект демонстрируется снижением внутриклеточного ROS и улучшением жизнеспособности клеток при комбинированных условиях стимуляции. В зависимости от исследовательского вопроса можно корректировать параметры, такие как сдвиговые напряжения, частоты осцилляции глюкозы и геометрии каналов. Этот метод служит универсальным инструментом для механистических исследований механобиологических путей и скрининга лекарств для терапевтических вмешательств при диабетических сосудистых заболеваниях.

Introduction

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

Эндотелиальная дисфункция — это критическое раннее явление развития диабетических сосудистых осложнений, вызванное как метаболическими нарушениями, так и аномальными гемодинамическими^силами ^1,2. Уровни OG, а не только устойчивая гипергликемия, всё чаще признаются мощными индукторами окислительного стресса и воспалительных сигналов в эндотелиальных клетках, приводящими к повреждению сосудов и нарушению^{гомеостаза} ^3,4,5. Одновременно гемодинамический сдвиговый стресс является основным фа....

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

Protocol

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

Этическое заявление:

ПРИМЕЧАНИЕ: Все реагенты, устройства и программное обеспечение, используемые в этом протоколе, перечислены в Таблице материалов.

1. Изготовление микрофлюидных чипов

Используйте программное обеспечение для автоматизированного проектирования (CAD) для проектирования структуры микрофлюидического чипа (W x L x H = 2 мм x 30 мм x 0,1 мм, рисунок 1A) и изготовления основной формы SU-8 через коммерческую компанию.
Смешайте затвердительный агент PDMS и преполимер в соотношении 10:1 ....

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

Results

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

Микро-ПИВ валидация поля потока в микрофлюидическом канале
Рисунок 1D даёт обзор микрофлюидной платформы, используемой для изучения эндотелиальных ответов на связанную метаболическую и механическую стимуляцию. Система интегрирует микрофлюидический чип с прямым каналом PDMS с модулем управления потоком под давлением, что позволяет применять OG условия вместе с физиологическим PSS. Была использована программируемая стратегия переключения к.......

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

Discussion

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

Описанная здесь микрофлюидная система предоставляет надёжную и физиологически значимую платформу для изучения интегрированного влияния OG и PSS на функцию эндотелиальных клеток. Основное преимущество этого метода заключается в его способности точно контролировать и отделять механические и биохимические стимулы в рамках определённой микросреды. В отличие от традиционных статических культур, в которых нет гемодинамических сил, или животных моделей, часто скрывающих клеточную

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

Disclosures

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

Авторы не заявляют о конфликте интересов.

Acknowledgements

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

Эта работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (гранты 12372304, 12172081) и Фондом фундаментальных исследований для центральных университетов (DUT25YG272).

....

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

Materials

List of materials used in this article
Name	Company	Catalog Number	Comments
0,25% трипсин-ЭДТА	NEST Biotechnology Co., Ltd.	211052	Клеточная диссоциация
Шприц объёмом 1 мл	Шанхайская Чжэнбань Медицинская Научная Компания, ООО.	1 мл	Впрыск жидкости
60 мм культурная тарелка	NEST Biotechnology Co., Ltd.	705001	Культура клеток
90°; Угловой соединитель из нержавеющей стали	Лоян Майер Трейдинг Ко., Лтд.	1,3 мм	Устройство для уплотнения адаптеров
Программное обеспечение AutoCAD	Autodesk	RRID:SCR_014981	Программное обеспечение для автоматизированного проектирования
Бутылка из борного стекла	Hunan Aidete Scientific Instruments Co., Ltd.	Двойной проход 100 мл	Водохранилище
Набор Calcein-AM/PI	Beyotime	BYT-C2015	Окрашивание
Клеточный инкубатор	ESCO	Esco CelMate	Культура клеток
CellROX Deep Red	Инвитроген	C10422	Окрашивание
D-глюкоза	Сигма Олдрич	47249	Глюкоза
D-маннитол	Маклин	M813423	Балансное осмотическое давление
DynamicStudio	Dantec Dynamics	V8.6	Программное обеспечение для анализа PIV
Сыворотка плода крупного рогатого скота (FBS)	Gibco	14190-094	Среда
Фибронектин	Сигма Олдрич	F-2006	Клеточная адгезия
Флуоресцентные микрочастицы	Thermo Scientific	G0100	Micro-PIV
Стеклянная накладка	Citotest Scientific Co., Ltd.	#1	Микрофлюидный чип
Высокий уровень глюкозы DMEM	Solarbio	12100	Среда
Высокоскоростная камера	Dantec Dynamics	FlowSense EO	Micro-PIV
ImageJ	NIH	RRID:SCR_003070	Программное обеспечение для обработки изображений
Инвертированный флуоресцентный микроскоп	Олимп	IX73	Жизнеспособность клеток
Инвертированный флуоресцентный микроскоп	Олимп	IX83	Наблюдение и приобретение
Низкий уровень глюкозы DMEM	Solarbio	31600	Среда
Происхождение	OriginLab	RRID:SCR_014212	Программное обеспечение для анализа данных и построения графиков
PDMS	Dow Inc.	184	Микрофлюидный чип
Пенициллин/стрептомицин (P/S)	NEST Biotechnology Co., Ltd.	211092	Среда
Физиологический раствор с фосфатным буфером (PBS)	NEST Biotechnology Co., Ltd.	211031	Культура клеток
Очиститель плазмы	Jiarun Wanfeng Technology Co., Ltd.	PC-6D	Микрофлюидный чип
Программируемая система управления давлением	Эльфы	OB1 MK4	Управление потоком
Силиконовая трубка	Nanjing Runze Fluid Control Equipment Co., Ltd.	96410	1мм*3мм
Основная форма СУ-8	Boao Biology Group Co. Ltd.	Н/Д	Микрофлюидный чип
Контроллер клапана	Эльфы	MUX Wire V3	Управление потоком

References

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

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).
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

In This Article

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Results

Discussion

Disclosures

Acknowledgements

Materials

References

Reprints and Permissions

Tags

Related Articles