Yöntem makalesi

Biyolojik Hücrelerin Mekanik Yorgunluğunu Değerlendirmek için Genlik Modülasyonlu Elektrodeformasyon

DOI:

10.3791/65897

⸱

13 Ekim 2023

 ,  ,  , 
1Department of Ocean and Mechanical Engineering, Florida Atlantic University, 2Center for SMART Health, Florida Atlantic University

Bu makalede

Özet

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

Burada, genlik modülasyonlu bir elektrodeformasyon yaklaşımı kullanan insan kırmızı kan hücreleri durumunda mekanik yorulma testi için bir protokol sunulmaktadır. Bu genel yaklaşım, döngüsel deformasyondan kaynaklanan bir süspansiyondaki biyolojik hücrelerin morfolojik ve biyomekanik özelliklerindeki sistematik değişiklikleri ölçmek için kullanılabilir.

Özet

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

Kırmızı kan hücreleri (RBC'ler) olağanüstü deforme olabilirlikleri ile bilinir. Mikro sirkülasyondan geçerken tekrar tekrar önemli deformasyona uğrarlar. Fizyolojik olarak yaşlanmış eritrositlerde azalmış deformabilite görülür. Hücre deformasyonunu ölçmek için mevcut teknikler, döngüsel yüklerin neden olduğu hücre zarlarındaki kademeli bozulma olan yorgunluğu ölçmek için kolayca kullanılamaz. Mikroakışkan bir kanalda genlik kaydırmalı anahtarlama (ASK) modülasyonu tabanlı elektrodeformasyon kullanarak döngüsel kesme gerilmelerinden kaynaklanan RBC'lerdeki mekanik bozunmayı değerlendirmek için bir protokol sunuyoruz. Kısaca, mikroakışkan kanaldaki sayısallaştırılmış elektrotlar, bir sinyal üreteci kullanılarak radyo frekanslarında düşük voltajlı bir alternatif akımla uyarılır. Süspansiyondaki RBC'ler elektrik alanına tepki verir ve hücreleri elektrot kenarlarına hareket ettiren pozitif dielektroforez (DEP) sergiler. Hücreler daha sonra iki hücre yarısına uygulanan elektriksel kuvvetler nedeniyle gerilir ve elektrodeformasyon olarak bilinen tek eksenli gerilmeye neden olur. Kesme gerilimi seviyesi ve ortaya çıkan deformasyon, uyarma dalgasının genliği değiştirilerek kolayca ayarlanabilir. Bu, yüksek verimde küçük ve büyük deformasyonlara yanıt olarak RBC'lerin doğrusal olmayan deforme olabilirliğinin ölçülmesini sağlar. Uyarma dalgasının ASK stratejisi ile değiştirilmesi, programlanabilir yükleme hızları ve frekansları ile döngüsel elektrodeformasyonu indükler. Bu, RBC yorgunluğunun karakterizasyonu için uygun bir yol sağlar. ASK modülasyonlu elektrodeformasyon yaklaşımımız, ilk kez, döngüsel yüklerden kaynaklanan RBC yorgunluğunun doğrudan ölçülmesini sağlar. Genel biyomekanik testler için, diğer hücre tiplerinde ve hastalıklı durumlarda hücre deforme olabilirliği ve yorgunluğunun analizi için bir araç olarak kullanılabilir ve ayrıca oksijen gerilimi ve biyolojik ve kimyasal ipuçları gibi hücrelerin mikro çevresini kontrol etme stratejileri ile birleştirilebilir.

Giriş

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

Kırmızı kan hücreleri (RBC'ler) insan vücudundaki en çok deforme olabilen hücrelerdir1. Deforme olmaları, oksijen taşıma işlevleriyle doğrudan ilişkilidir. RBC'lerde azalmış deformabilitenin çeşitli RBC bozukluklarının patogenezi ile ilişkili olduğu bulunmuştur2. Deformabilite ölçümleri, RBC ile ilişkili hastalıkları daha iyi anlamamızı sağlamıştır3. RBC'lerin normal ömrü 70 ila 140 günarasında değişebilir 4. Bu nedenle, yaşlanma süreciyle birlikte deforme olabilirliklerinin nasıl azaldığını, örneğin döngüsel kayma gerilmelerinden kaynaklanan yorulma davranışlarını

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

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

Kimliği belirsiz insan tam kanı ticari olarak elde edildi. Kan örneklerini içeren çalışma, Florida Atlantic Üniversitesi'ndeki Kurumsal Biyogüvenlik Komitesi tarafından onaylanan protokoller kullanılarak bir biyogüvenlik seviyesi 2 laboratuvarında gerçekleştirildi.

1. Mikroakışkan cihaz hazırlığı

  1. Mikroakışkan kanal tasarımı için SU-8 ana silikon gofreti 14 cm'lik plastik bir Petri kabının içine bantlayın veN2 gazıyla temizleyin.
  2. Bir kağıt kapta 60 g polidimetilsiloksan (PDMS) bazı ve 6 g PDMS kürleme maddesi tartın. Karışım bulanık beyaz bir renk alana kadar tahta bir spatula kullanarak iki pa....

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

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

Mikroakışkan kanala hücre süspansiyonu yüklendiğinde, nispeten düzgün bir hücre dağılımı gözlendi. Fonksiyon üretecinden gelen sinyal çıkışı (örneğin, basit bir sinüs dalgası veya ASK'nin Anahtarlama fazı) üzerine, ince film sayısallaştırılmış elektrotlar düzgün olmayan bir alternatif akım elektrik alanı üretti. Asılı hücreler bu elektriksel uyarıma kendiliğinden tepki verdiler ve pozitif bir DEP davranışı sergilediler, yani daha yüksek alan kuvvetine sahip elektrotların kenarlarına doğru hareket ettiler. Sonuç olarak, h.......

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

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

Bir DEP kuvveti indükleyen sinüs dalgasının ASK OOK modülasyonu, RBC'lerin mekanik yorgunluğunu uzun bir süre boyunca test etmek için kullanılabilir. Bu protokolde, hücre deformabilitesi üzerindeki olası olumsuz metabolik etkileri önlemek için in vitro yorgunluk testini 1 saat ile sınırladık. Kapsamlı yorulma testi koşulları, ASK modülasyonlu elektrodeformasyon tekniği kullanılarak programlanabilir. Yükleme frekansı, genlik ve yükleme hızı gibi parametrelerin tümü programlanabilir. Yükleme frekansı, yorgunluğun yükleme f.......

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

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

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yok.

Teşekkürler

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

Bu araştırma, NSF / CMMI Hemoglobin Bazlı Yapay Oksijen Taşıyıcılarının Mekanobiyolojisi (#1941655) ve NSF / CMMI Sağlıklı ve Hastalıklı Kırmızı Kan Hücrelerinin Dinamik ve Yorgunluk Analizi (#1635312) tarafından finanse edilmiştir.

....

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Balans TerazisiViBRAHT-224R
Bant geçiren filtreBRIGHTLINE414/46 BrightLine HC
BD  Luer-Lok &trade ile Tek Kullanımlık Şırıngalar; Uçlar, 1 mLFisher Scientific14-823-30
Piston Sistemli Biyopsi Punchları, 1.5 mmFisher Scientific12-460-403
Piston Sistemli Biyopsi Punchları, 3 mmFisher Scientific12-460-4071,5 mm ve 3 mm çapında
Künt iğne, 23 gaugeBSTEANX001308N97
Bovin Serum AlbüminRMBIOBSA-BSH
SantrifüjSCILOGEX911015119999
Konik Tüp, 50 mLFisher Scientific05-539-13
DekstrozFisher ScientificMDX01455MilliporeSigma™
EC Düşük İletkenlik ölçerecoTestr358/03
Eppendorf    Snap-Cap MicrocentrifugeTubeswww.eppendorf.com05-402-25
ExcelMicrosoft Grafik çizimi
Fonksiyon ÜreteciSIGLENTSDG830
Cam/ITO Elektrot SubstratıOSSILAS161
ImageJNIHhttps://imagej.nih.gov/ij/
Ters MikroskopOLYMPUSIX81 - SN9E07015
Laboratuvar FırınıQUINCY LAB (QL)MODEL 30GCEDijital Model
MatlabMathWorksGrafik çizimi
Mikro Osmometre - Model 3300Advanced Instruments Inc.S / N: 03050397P
Parafilm Laboratuvar SarmaFilmi Fisher Scientific13-374-12
Petri kabıFALCONSKU = 351006ICSI / Biyopsi 50 * 9 mm
Fosfat Tamponlu Salin (PBS)LONZA04-479Q
Plazma TemizleyiciHarrick plazma PDCOOLNC0301989
SolidworksDassault SystemesCAD yazılımı
SucroseFisher Scientific50-188-2419
Vakumlu KurutucuSPBEL-ARTF42400-2121
Ahşap spatulaFisher ScientificNC0304136Dil Bastırıcılar Ahşap NS 6"

Kaynaklar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Kim, Y., Kim, K., Park, Y. Measurement techniques for red blood cell deformability: recent advances. Blood Cell—An Overview of Studies in Hematology. 10, 167-194 (2012).
  2. Safeukui, I., et al.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

K rm z Kan H creleriGenlik Mod lasyonuDielektroforezMikroak kan KanalSiklik Kayma GerilmesiH cre Deforme Olabilirli ie Ge mi ElektrotlarPlazma Ba lama

İlgili makaleler