Method Article

Kombine Fizyolojik Pulsatil Kayma Stresi ve Salınım Hiperglisemi Altında Endotel Disfonksiyonunu Modellemek İçin Mikrofluidik Bir Sistem

DOI:

10.3791/71037

⸱

May 12th, 2026

 ,  ,  , 
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

In This Article

Summary

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

Burada, endotel hücrelerini senkronize salınımlı hiperglisemi ve pulsatil kayma stresine maruz bırakan mikrofluidik bir sistem üretip çalıştırmak için bir protokol sunuyoruz. Bu yaklaşım, diyabetik endotel disfonksiyonunu incelemek için fizyolojik olarak ilgili bir in vitro model sunar. Bu protokol, oksidatif stres ve endotel hücre yanıtlarının nicel ölçümünü sağlar.

Abstract

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

Diyabetik damar komplikasyonlarında endotel disfonksiyonu, özellikle salınımlı glikoz (OG) ve pulsatil kesme stresi (PSS) olmak üzere metabolik bozukluklar arasında karmaşık etkileşimleri içerir. Bu faktörler izole olarak incelenmiş olsa da, geleneksel modeller statik yüksek glikozlu veya basitleştirilmiş laminar akışla sınırlı kalır ve diyabetik damar damarlarında bulunan entegre uzaylı-zamansal birleşmeyi taklit etme kapasitesine sahip değildir. Programlanabilir bir mikrofluidik platform kullanarak, bu protokol senkronize osilatör hiperglisemi ve fizyolojik PSS'nin endotel hücreleri üzerindeki entegre etkilerini araştırmak için değerli bir platform sağlar. Bu protokol, fizyolojik olarak ilgili bağlı metabolik ve mekanik koşullar altında endotel disfonksiyonunu modellemeyi amaçlamaktadır. Polidimetilsiloksan (PDMS) çipinin basınçla çalışan bir kontrol sistemi ile birleşmesi, akış dalga formlarının ve glikoz konsantrasyon profillerinin hassas ve bağımsız modülasyonunu sağlar. Sistemin hemodinamik doğruluğu Mikro-Parçacık Görüntü Velosimetrisi (Micro-PIV) ile doğrulanırken, hücresel yanıt hücre içi reaktif oksijen türlerinin (ROS) seviyeleri ve hücre yaşamlılığı izlenmesiyle nicel olarak karakterize edilir. Temsilci sonuçlar, fizyolojik PSS'nin OG tarafından indüklenen oksidatif hasarı etkili bir şekilde azalttığını göstermektedir. Bu etki, hücre içi ROS seviyelerinin azalması ve birleşik uyarım koşullarında hücre canlılığının artmasıyla gösterilir. Araştırma sorusuna bağlı olarak, kesme gerilim desenleri, glikoz salınım frekansları ve kanal geometrileri gibi parametreler ayarlanabilir. Bu yöntem, diyabetik damar hastalıklarında terapötik müdahaleler için mekaniksel çalışmalar ve ilaç taraması için çok yönlü bir araç olarak hizmet vermektedir.

Introduction

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

Endotel disfonksiyonu, hem metabolik bozukluklar hem de anormal hemodinamik kuvvetler tarafından tetiklenen diyabetik damar komplikasyonlarının gelişiminde kritik erken birolaydır 1,2. OG seviyeleri, sadece sürekli hiperglisemi değil, endotel hücrelerinde oksidatif stres ve inflamatuar sinyalizasyonun güçlü indüktörleri olarak giderek daha fazla kabul edilmektedir; bu da damar hasarına ve homeostazın bozulmasına yol açmaktadır 3,4,5. Aynı zamanda, hemodinamik kesme stresi endotel feno....

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

Protocol

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

Etik beyan:

NOT: Bu protokolte kullanılan tüm reaktifler, cihazlar ve yazılımlar Materyal Tablosu'nda listelenmiştir.

1. Mikrofluidik çip üretimi

  1. Mikrofluidik çipin yapısını tasarlamak için bilgisayar destekli tasarım (CAD) yazılımı kullanın (W x L x H = 2 mm x 30 mm x 0,1 mm, Şekil 1A) ve SU-8 ana kalıbını ticari bir şirket aracılığıyla yapın.
  2. PDMS kürleme ajanı ve prepolimeri temiz bir karıştırma kabında ağırlık oranında 10:1 oranında karıştırın ve 5 dakika boyunca elle kuvvetle karıştırın.

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

Results

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

Mikrofluidik kanal içindeki akış alanının mikro-PIV doğrulaması
Şekil 1D , bağlı metabolik ve mekanik uyarıya endotel yanıtlarını incelemek için kullanılan mikrofluidik platformun genel bir özetini sunar. Sistem, düz kanallı PDMS mikrofluidik çipi ile basınç odaklı akış kontrol modülünü entegre eder ve OG koşulunun fizyolojik PSS ile birlikte uygulanmasını sağlar. NG ve HG ortamları arasında periyodik dönüşüm oluşturmak için programlanab.......

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

Discussion

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

Burada tanımlanan mikrofluidik sistem, OG ve PSS'nin endotel hücre fonksiyonu üzerindeki entegre etkilerini araştırmak için sağlam ve fizyolojik olarak ilgili bir platform sağlar. Bu yöntemin temel avantajı, belirli bir mikro ortamda mekanik ve biyokimyasal uyarıcıları hassas şekilde kontrol edip ayırabilme yeteneğidir. Hemodinamik kuvvetlerden yoksun geleneksel statik kültürler veya hücresel seviyede sinyalgöndermelerini genellikle gizleyen hayvan modelleri<.......

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

Disclosures

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

Yazarlar çıkar çatışması olmadığını belirtmektedir.

Acknowledgements

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

Bu çalışma, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (hibe numaraları 12372304, 12172081) ve Merkezi Üniversiteler için Temel Araştırma Fonları (DUT25YG272) tarafından desteklendi.

....

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
%0,25 Tripsin-EDTANEST Biyoteknoloji Şirketi, Ltd.211052Hücre ayrışması
1 mL şırıngaŞanghay Zhengbang Tıp Bilimleri Şirketi, Ltd.1mLEnjeksiyon sıvısı
60 mm kültür tabağıNEST Biyoteknoloji Şirketi, Ltd.705001Hücre kültürü
90 derece ve derece; Açılı paslanmaz çelik bağlantıLuoyang Mayer Ticaret Şirketi, Ltd.1,3 mmAdaptör sızdırmazlık cihazı
AutoCAD yazılımıAutodeskRRID:SCR_014981Bilgisayar destekli tasarım yazılımı
Boronize cam şişeHunan Aidete Bilimsel Aletler Şirketi, Ltd.Çift geçişli 100mLRezervuar
Calcein-/PI KitiBeyotimebyt-c2015Boyama
Hücre kuluçka makinesiESCOEsco CelMateHücre kültürü
CellROX Derin KırmızıInvitrogenC10422Boyama
D-glukozSigma Aldrich47249Glikoz
D-mannitolMacklinM813423Osmotik basıncı denge
DynamicStudioDantec DynamicsV8.6PIV analiz yazılımı
Fetal sığır serumu (FBS)Gibco14190-094Medium
FibronektinSigma AldrichF-2006Hücre yapışması
Floresan mikropartiküllerTermo BilimselG0100Micro-PIV
Cam örtü kaydırmasıCitotest Scientific Co., Ltd.#1Mikrofluidik çip
Yüksek glikoz DMEMSolarbio12100Medium
Yüksek hızlı kameraDantec DynamicsFlowSense EOMicro-PIV
ImageJNIHRRID:SCR_003070Görüntü işleme yazılımı
Ters floresans mikroskobuOlympusIX73Hücre yaşama
Ters floresans mikroskobuOlympusIX83Gözlem ve edinim
Düşük glikoz DMEMSolarbio31600Medium
KökenOriginLabRRID:SCR_014212Veri analizi ve grafik yazılımı
PDMSDow LNC.184Mikrofluidik çip
Penisillin/streptomisin (P/S)NEST Biyoteknoloji Şirketi, Ltd.211092Medium
Fosfat tampon tuzlu suyu (PBS)NEST Biyoteknoloji Şirketi, Ltd.211031Hücre kültürü
Plazma temizleyiciJiarun Wanfeng Teknoloji Şirketi, Ltd.PC-6DMikrofluidik çip
Programlanabilir basınç kontrol sistemiElvesysOB1 MK4Akış kontrolü
Silikon tüpNanjing Runze Sıvı Kontrol Ekipmanları Şirketi, Ltd.964101mm*3mm
SU-8 ana kalıpıBoao Biyoloji Grubu Ltd.YokMikrofluidik çip
Valf kontrolörüElvesysMUX Tel V3Akış kontrolü

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. 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).
  2. 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

Tags

Endothelial DysfunctionMicrofluidic SystemPulsatile Shear StressOscillatory HyperglycemiaDiabetic Vascular DiseasePolydimethylsiloxane ChipPressure Driven ControlMicro Particle Image VelocimetryReactive Oxygen SpeciesCell Viability
Video Coming Soon

Related Articles