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

In This Article

Summary

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

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

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

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

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

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 fenotipinin önemli belirleyicilerinden biridir; fizyolojik egzersiz koşullarında PSS nitrik oksit üretimini, antioksidan savunmayı ve damar korumasınıdestekler 6,7,8. Bu nedenle, osilatör hiperglisemi ve hemodinamik uyarılmanın entegre etkilerini anlamak, endotel disfonksiyonunun mekanizmalarını aydınlatmak için gereklidir.

Genellikle statik yüksek glukozlu koşullara veya basitleştirilmiş laminar akışa dayanan geleneksel in vitro modeller, in vivo 9,10,11 içinde bulunan metabolik ve mekanik ipuçları arasındaki karmaşık ve dinamik etkileşimi taklit edemez. Hayvan modelleri diyabetin sistematik yönlerini yakalarken, kontrollü mikroçevresel koşullar altında sinyalleri disseksiye etmek için gerekli hücresel düzeyde çözünürlüktenyoksunlar 12. Mikrofluidik teknoloji, fizyolojik olarak ilgili geometrilerde biyokimyasal ve biyomekanik uyarıların hassas uzaylı-zamansal kontrolünü sağlayan etkili bir alternatifsunar ve çeşitli yenilikçi biyomedikal uygulamalarda önemli son gelişmelerisağlamıştır 14,15. Örneğin, Chen ve ark.16, endotel hücre içi Ca2+ dinamiklerini incelemek için mekansal ve zamansal duvar kesme stresi ile ATP sinyal ile mikrofluidik bir cihaz tasarlamıştır. Yu ve ark.11, fizyolojik PSS ve yüksek glukoz konsantrasyonlarının farklı kombinasyonları altında hücresel yanıtları tespit etmek için hemodinamik mikrofluidik çip sistemi geliştirmiştir. Bu sistemler, kesme stresine veya tek faktörlü metabolik bozulmalara endotel yanıtlarını incelemek için kullanılmış olsa da, çok azı hem glukoz salınımlarını hem de PSS'yi tek bir sistemde başarılı bir şekilde entegre etmiştir. Bu nedenle, kontrollü mikrofluidik ortamda her iki faktörü senkronize eden standartlaştırılmış ve tekrarlanabilir bir protokol hâlâ eksik durumda.

Bu yöntem, bağlı OG ve PSS verebilen tekrarlanabilir bir mikrofluidik sistem oluşturarak bu boşluğu kapatır. Bu yaklaşımın temel amacı, oksidatif stres, hücre canlılığının bozulması ve endotel işlevsizliğinin altında yatan mekanobiyolojik yanıtları fizyolojik olarak ilgili bir şekilde modellemektir. Statik kültür veya geleneksel perfüzyon odalarının aksine, bu yaklaşım mevcut modelleri geliştirerek, hem metabolik hem de mekanik uyarıcıların eşzamanlı ve kontrollü modülasyonunu mümkün kılarak diyabetik damar mikro ortamına daha yakın bir yaklaşım sunar. Ayrıca, sistem canlı hücre görüntüleme, gerçek zamanlı izleme ve moleküler analiz ile uyumludur; bu da mekanik çalışmalar, hastalık modellemesi ve endotel fonksiyonu ile yaralanma için ilaç taraması gibi geniş bir uygulama yelpazesi için uygundur.

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

Protocol

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

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.
  3. Kabı -0.08 MPa altında bir vakum odasına en az 15 dakika koyarak karıştırma sürecinde sıkışmış hava kabarcıklarını temizleyin.
    NOT: Kabarcıkların çıkarılmasını hızlandırmak ve taşmayı önlemek için, büyük kabarcıkları patlatmak için odayı geçici olarak atmosfer basıncına havalandırın ve ardından hemen vakumu tekrar uygulayın. Bu havalandırma döngüsünü 2–3 kez tekrarlayın, ta ki toplu karışım tamamen şeffaf ve makroskobik baloncuklardan arınana kadar.
  4. PDMS'yi cam Petri kabına yerleştirilmiş gofli üzerine dök.
  5. PDMS, döküm sırasında oluşan baloncukları temizlemek için ekstra 15 dakika boyunca bir kurutucu ile vafliye döküldü.
    NOT: SU-8 ana kalıp yapılarının yakınında veya içinde sıkışmış inatçı mikro baloncuklar kalırsa, onları nazikçe kenara kadar üfleyin veya manuel kauçuk hava üfleyici ile patlatın. Mikrokanallarda yapısal kusurların önlenmesi için hava kabarcıklarının tamamen temizlenmesi çok önemlidir.
  6. Kalıp ve polimer içeren petri kabını 80 °C'ye ayarlanmış sıcak fırına 2 saat koyun.
    DIKKAT: Sıcak malzemelerle çalışırken ısıya dayanıklı eldivenler kullanın
  7. Sertleşmiş polimer levhayı ana kalıptan bir neşter ile dikkatlice soyun.
  8. Polimer levhanın belirlenen kanal uçlarında giriş ve çıkış portları oluşturmak için bir çekirdek delme aracı (örneğin, 1,2 mm çapı) kullanın.
  9. Cam kapak parçasını ve polimer levhanın desenli yüzeyini yapışkan bantla temizleyin.
    DURAKLAMA NOKTASI: Kürlenmiş ve deliklenmiş PDMS plakaları, plazma işlemi ve bağlanmadan önce oda sıcaklığında temiz bir kapta (örneğin, kapalı bir Petri kabı) birkaç hafta boyunca saklanabilir.
  10. Hem polimer levhayı hem de cam kapak parçasını 65W gücünde plazma temizleyiciyle oda havası altında 60 saniye işleyin.
  11. Polimer kanal yüzünü cam kapak kapağının işlenmiş tarafına hemen hizalayın.
  12. Kalıcı, kapalı bir mikrofluidik kanal oluşturmak için nazikçe bastırın.

2. Endotel hücre hazırlanması ve tohumlanması

  1. Bağlanmış mikrofluidik çipi, deiyonize su ile doldurulmuş boronlu cam şişeye yerleştirin ve 121 °C ve 15 psi sıcaklıkta 20 dakika boyunca otoklavlama ile sterilize edin.
    NOT: Otoklavlama sırasında baskıyı eşitlemek ve PDMS mikrokanallarının deformasyonunu önlemek için çipi suya batırın. Bu aynı zamanda hapsolmuş hava kabarcıklarını çıkarmaya yardımcı olur ve kanalları sonraki sıvı girişi için hazırlar.
    DURAKLAMA NOKTASI: Sterilize edilmiş mikrofluidik çipler, hücre tohumlaması için ihtiyaç duyulana kadar kapalı cam şişede oda sıcaklığında birkaç haftaya kadar güvenle saklanabilir.
  2. Sterilize edilmiş çipi, 1:1 oranında fosfat tampon tuzlu (PBS) ve düşük glikozlu Dulbecco'nun Modifiye Kartal Ortamı (DMEM) karışımıyla doldurulmuş 60 mm kültür kabına yerleştirin.
  3. 1 mL şırınga ile kanala 100 μg·mL-1 fibronektin aklatın ve 37 °C'de 4 saat kuluçka yapın.
    NOT: Mikrofluidik çipin sıvı seviyesinin altına yerleştirildiğinden emin olun. Adaptör hortumunu şırınga iğnesine bağlayın, hortumu sıvıyla doldurun ve sıvı seviyesinin altına yerleştirin, girişi bağlayın ve ardından kabarcık girmemesi için enjekte edin.
  4. Osmotik basıncı yükseltmek için düşük glikozlu DMEM'e (5,5 mM glikoz) 24,5 mM D-mannitol ekleyin. Yüksek glikozlu DMEM'e (25mM glikoz) 5 mM D-glikoz ekleyin, son 30 mM glukoza kadar. Normal glukoz (NG) kültür ortamı ve yüksek glukozlu (HG) kültür ortamı ile %20 fetal sığır serumu (FBS), %1 penisillin/streptomisin (P/S) ile takviye olun.
  5. 37 °C'de bir su banyosunda 1× PBS, tripsin, NG ve HG kültür ortamını ısıtın. Kültür kabından %90 birleşimde İnsan Göbek Damarı Endotel Hücreleri (HUVEC) alın. Hücreleri %0,25 Tripsin-EDTA çözeltisi ile ayırın ve 37 °C'de 30 saniye kuluçka yapın. Toplanan hücreleri sayın ve konsantrasyonu sırasıyla NG ortamında ve HG ortamında 1 x 106 hücre/mL olarak ayarlayın.
  6. Hücre süspansiyonundan 100 μL, kontrol grubu için NG ortamı ve deneysel grup için HG ortamı kullanılarak mikrofluidik çipin giriş portuna 1 mL enjekte edilir. Mikrofluidik çipleri %5CO2 ile 37 °C'de nemlendirilmiş bir kuluçka makinesine 48 saat yerleştirin.
    NOT: Hücrelerin en az 4 saat yapışmasına izin verin, sonra daha fazla işlem yapılacak. Statik kültür aşamasında salınımlı hiperglisemiyi uyarmak için her 2 saatte iki kültür ortamını manuel olarak sırayla değiştirin. Hücreleri gece boyunca 5,5 mM glikozda tutarak in vivo durumu taklit edin (Şekil 1B).

3. Dinamik uyarım kurulumu

  1. İki 100 mL rezervuarı sırasıyla NG ve HG kültür ortamı ile doldurun ve bunları programlanabilir basınç kontrol sisteminin ilgili kanallarına bağlayın.
  2. Rezervuarlar, iki pozisyonlu üç yollu manyetik valf ve mikrofluidik çipi silikon boru kullanarak birbirine bağlayın.
  3. PDMS çipinin giriş ve çıkış portlarını boruya bağlamak için 1,3 mm çapında 90° açılı paslanmaz çelik konnektörler kullanın.
    NOT: 100 mL rezervuarlar, silikon boru ve paslanmaz çelik konnektörleri önceden yüksek basınçlı, yüksek sıcaklıklı bir otoklavda sterilize edin.
  4. Hedef PSS (τ)'ye ulaşmak için gereken akış hızını (Q) hesaplayın. τ = (6μQ)/(wh2) formülünü kullanın; burada viskozite μ w kanal genişliği, h ise kanal yüksekliğidir.
  5. Hedef fizyolojik PSS (τ = 10 ± 2 dyn·cm-2, 1 Hz) belirleyin; bu, hesaplanan akış hızı 200 ± 40 μL·min-1'e karşılık gelir.
  6. Programlanabilir hava pompasını PSS'yi korumak için sinüs dalgası fonksiyonu üretecek şekilde programlayın. Valf kontrolörünü her 5 dakikada bir kanal değiştirecek şekilde programlayın ve dinamik uyarı sırasında kare dalga glikoz salınımı oluşturulur.
  7. Programlanabilir pompa sistemini başlatarak birleşik OG ve PSS toplam 30 dakika teslim edilir.

4. Akış alanı doğrulaması için mikro-PIV

  1. %0,05 hacim konsantrasyonu olan floresan mikropartikül (1 μm) içeren NG ve HG ortamını hazırlayın. Parçacıkların eşit şekilde dağılmış ve agregasyondan arınmış olduğundan emin olun.
  2. Tersli floresan mikroskobunun aşamasına temiz, hücresiz bir mikrofluidik çip (hücre deneylerinde kullanılanla aynı) yerleştirin.
  3. Sistemdeki tüm bileşenleri bağlayın (Şekil 1C).
    1. Basınç kaynağını basınç kontrolörüne bağlayın.
    2. Basınç kontrolcüsünü, basınç dalgalarının otomatik kontrolü için bilgisayara bağlı olan valf kontrolörüne bağlayın.
    3. Basınç kontrolcü çıkışlarını HG ve NG rezervuarlarına ayrı boru hatlarıyla bağlayın.
    4. Her iki rezervuarı da programlanmış salınımlı glukoz protokolüne göre HG ve NG ortamı arasında geçiş yapan 3/2 basınç valfine bağlar.
    5. 3/2 basınç valfinin çıkışını mikrofluidik çipin girişine boru ile bağlayın.
    6. Mikrofluidik çipin çıkışını atık rezervuarına bağlayın.
    7. Mikrofluidik çipi deney boyunca canlı hücre görüntülemesi için mikroskop aşamasına yerleştirin.
      NOT: Akışı başlatmadan önce tüm boru bağlantılarının güvenli ve sızıntısız olduğundan emin olun.
  4. Akış sabit hale geldikten sonra yüksek hızlı kamerayı (çift kare modunda 15 Hz'de çalışırken) tetikleyerek akan mikropartiküllerin ardışık görüntü çiftlerini yakalayın. Her çiftin iki kare arasındaki kesin zaman gecikmesini (Δt) 80 μs olarak ayarlayın.
  5. Kanal içinde İlgi Bölgesi (ROI) için görüntüler alın. Sonuçta etkileri önlemek ve temsil eden akış ölçümlerini sağlamak için düz kanal kesitinin ortasındaki (Şekil 2A) yatırım getirisi seçilir.
  6. Elde edilen görüntü çiftlerini PIV analiz yazılımı ile işleyin. İki çerçeve arasındaki parçacıkların yer değiştirme vektörü (Δx) belirlemek için 64 × 64 piksellik ilk sorgulama alanından başlayıp 8 × 8 piksellik ızgara adım boyutuyla 16 × 16 piksellik nihai alana kadar inceletilerek uyarlanabilir çoklu geçişli çapraz korelasyon algoritması kullanılır.
  7. Her sorgulama alanı için hız vektörü (v) v = Δx / Δt formülünü kullanarak hesaplayın.

5. Veri toplama

NOT: Calcein-/propidium iyodid (PI) Kiti ve canlı hücre oksidatif stres floresan probu kullanarak hücre canlılığı ve fonksiyonunu nicelikle ölçerek glikoz dalgalanmalarının neden olduğu hasarı doğrulayın ve birlikte uyarmanın etkisini değerlendirin.

  1. Hücre yaşama
    1. Deneysel uç noktada üreticinin talimatlarına uygun olarak Calcein-/PI çalışma çözümünü hazırlayın.
      DIKKAT: PI, bilinen bir mutajen ve DNA'ya karışan şüpheli bir kanserojendir. Son derece dikkatli davranın. Eldiven takın ve belirlenmiş güvenli bir çalışma alanında tutun.
    2. Kanalı bir kez PBS ile durulayın ve kanala Calcein-/PI çalışma çözümünü ekleyin. Cihazı 37 °C'de, %5CO2 ile 30 dakika karanlıkta kuluçka yapın.
    3. Lekelenmiş hücrelerin floresan görüntülerini, 10× objektif lens ile donatılmış ters floresan mikroskopla hemen yakalayın. Kalsein-için FITC (Yeşil) filtresini, PI için ise TRITC veya Rhodamine (Kırmızı) filtresini kullanın.
  2. Hücre içi ROS'u ölçmek
    1. Üretici tarafından belirlenen konsantrasyonda (5 μM) PBS içinde canlı hücreli oksidatif stres floresan probu (bkz. Malzemeler Tablosu) çalışma çözeltisi hazırlanır.
      DIKKAT: Floresan problar ve yaygın çözücüleri (örneğin DMSO) toksik olabilir ve zararlı maddelerin deride emilimini kolaylaştırabilir. Eldiven takın ve belirlenmiş güvenli bir çalışma alanında tutun.
    2. Kanalı PBS ile üç kez yıkayın ve canlı hücre oksidatif stres floresan prob çözeltisini kanala ekleyin. Çipi 37 °C'de, %5 CO2 ile 30 dakika karanlıkta kuluçka yapın.
    3. Kanalı PBS ile üç kez yuyup, bağlanmamış probu çıkarın. Hemen 20× objektif bir lens üzerinden Far-Red filtre seti (uyarılma 640 nm, emisyon 665 nm) floresan görüntüleri yakalayın, tüm gruplar için tam olarak aynı pozlama parametreleri korunur.
      NOT: Artan floresans yoğunluğu daha yüksek ROS seviyelerini gösterir.

6. Veri analizi

DURAKLAMA NOKTASI: Tüm ham floresan görüntüler ve yüksek hızlı kamera görüntüleri alınıp güvenli bir şekilde sabit diske kaydedildikten sonra, sonraki görüntü işleme, nicel analiz ve istatistiksel karşılaştırmalar daha sonra duraklatılabilir ve daha sonra gerçekleştirilebilir.

  1. Hücre yaşamlılığını nicelikle ölçer
    1. Alınan Calcein-(yeşil) ve PI (kırmızı) görüntülerini ImageJ'de açın ( bkz. Materyal Tablosu). Her kanal için eşik noktasını manuel olarak ayarlayarak floresan sinyalleri arka plandan ayırt edin. Hücre sayacı fonksiyonunu kullanarak floresan hücreleri sayın, gözlemlenen hücre boyutuna göre minimum hücre boyutunu ayarlayın ve birden fazla görüş alanında yaşayan (NCanlı) ve ölü (NÖlü) hücre sayısını sayın.
      NOT: NLive , Kalsein--pozitif (yeşil) hücrelerin sayısını, NÖlü ise PI-pozitif (kırmızı) hücrelerin sayısını ifade eder.
    2. Her deneysel durum için canlı hücrelerin yüzdesini (NCanlı / (NCanlı + NÖlü) x %100) hesaplayın, elektronik tablo yazılımı kullanarak. Gruplar arasında karşılaştırma yapmak için istatistiksel analiz yazılımı kullanarak birden fazla görüş alanı boyunca ortalama ve standart sapmayı hesaplayın.
  2. Hücre içi ROS'u nicelikle ölçmek
    1. ImageJ'de tercih ettiğiniz görseli sürükleyin. Ölçeği mikroskobun meta verisiyle (veya bilinen bir referans ızgarası) kullanarak piksel boyutunu kalibre ederek ayarlayın: Analiz | Ölçeği ayarlayın.
    2. Arka plan çıkarma fonksiyonunu kullanarak tüm görüntüden belirli olmayan bir tekdüze arka plan sinyalini kaldırın: Süreç | Arka planı çıkar.
    3. Eşik kaydırıcısını manuel olarak ayarlayarak hücre içi ROS sinyalini segment ve tanımlama: Görüntü | Ayarlan | Eşik. Eşik belirlendikten sonra, Analyze | Ölçümler'i Alan ve Ortalama gri değeri seçecek şekilde ayarlayın . Gözlemlenen hücre boyutuna göre minimum hücre boyutunu belirleyin ve hücre monolayer ROI içindeki segmentli sinyalin ortalama yoğunluğunu ölçün: Analiz | Parçacıkları analiz et.
    4. Her deneysel koşul için ROS seviyesini, her çip başına en az üç rastgele seçilmiş görüş alanından elde edilen ölçülen değerlerin (örneğin, ortalama yoğunluk) ortalaması olarak raporlayın.
  3. İstatistiksel karşılaştırmalar yapılması
    1. Nicel sonuçları (yaşamlılık yüzdesi ve ROS ortalama yoğunluğu) veri analizi ve grafik yazılımına girin ( bkz. Materyal Tablosu).
    2. İstatistiksel anlamlılığı, deneysel grupları kontrol grubuyla karşılaştırarak iki yönlü Varyans Analizi (ANOVA) ve ardından Tukey'nin post-hoc testi ile belirlenin; anlamlılık seviyesi p = 0.05 olsun. Analizi yapmak için yazılımı kullanın ve standart sapmayı (SD) temsil eden hata çubuklarıyla grafikler oluşturun.

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

Results

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

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

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

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

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

Yazarlar çıkar çatışması olmadığını belirtmektedir.

Acknowledgements

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

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% Trypsin-EDTANEST Biotechnology Co., Ltd.211052Hücre disosiyasyonu
1 mL şırıngaShanghai Zhengbang Medical Science Co., Ltd.1mLSıvı enjeksiyonu
60 mm kültür kabıNEST Biotechnology Co., Ltd.705001Hücre kültürü
90°'lü açılı paslanmaz çelik bağlayıcıLuoyang Mayer Trading Co.,Ltd.1.3 mmAdaptör sızdırmazlık cihazı
AutoCAD yazılımıAutodeskRRID:SCR_014981Bilgisayar destekli tasarım yazılımı
Borlu cam şişeHunan Aidete Scientific Instruments Co., Ltd.Çift geçişli 100mLDepo
Calcein-AM/PI KitiBeyotimebyt-c2015Boyama
Hücre inkübatörüESCOEsco CelMateHücre kültürü
CellROX Deep RedInvitrogenC10422Boyama
D-glukozSigma Aldrich47249Glukoz
D-mannitolMacklinM813423Osmotik basıncı dengeleyici
DynamicStudioDantec DynamicsV8.6PIV analiz yazılımı
Fetal boğa serumu (FBS)Gibco14190-094Medya
FibronektinSigma AldrichF-2006Hücre yapışması
Floresan mikropartiküllerThermo ScientificG0100Mikro-PIV
Cam kapağıCitotest Scientific Co.,Ltd.#1Mikrodaire çipi
Yüksek glukozlu DMEMSolarbio12100Medya
Yüksek hızlı kameraDantec DynamicsFlowSense EOMikro-PIV
ImageJNIHRRID:SCR_003070Görüntü işleme yazılımı
Ters floresan mikroskobuOlympusIX73Hücre canlılığı
Ters floresan mikroskobuOlympusIX83Gözlem ve alım
Düşük glukozlu DMEMSolarbio31600Medya
OriginOriginLabRRID:SCR_014212Veri analizi ve grafik yazılımı
PDMSDow lnc.184Mikrodaire çipi
Penisilin/streptomisin (P/S)NEST Biotechnology Co., Ltd.211092Medya
Fosfat tamponlu salin (PBS)NEST Biotechnology Co., Ltd.211031Hücre kültürü
Plazma temizleyiciJiarun Wanfeng Technology Co., Ltd.PC-6DMikrodaire çipi
Programlanabilir basınç kontrol sistemiElvesysOB1 MK4Akış kontrolü
Silikon tüpNanjing Runze Fluid Control Equipment Co., Ltd.964101mm*3mm
SU-8 ana kalıpBoao Biology Group Co. Ltd.N/AMikrodaire çipi
Valf kontrolörüElvesysMUX Wire V3Akış kontrolü

References

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  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. Endothelial dysfunction in vascular complications of diabetes: A comprehensive review of mechanisms and implications. Front Endocrinol. 15, 1359255(2024).
  3. Piconi, L., et al. Constant and intermittent high glucose enhances endothelial cell apoptosis through mitochondrial superoxide overproduction. Diabetes Metab Res Rev. 22 (3), 198-203 (2006).
  4. Liu, T. S., et al. Oscillating high glucose enhances oxidative stress and apoptosis in human coronary artery endothelial cells. J Endocrinol Invest. 37 (7), 645-651 (2014).
  5. Alfieri, V., et al. The role of glycemic variability in cardiovascular disorders. Int J Mol Sci. 22 (16), 8393(2021).
  6. Adams, J. A., Uryash, A., Lopez, J. R., Sackner, M. A. The endothelium as a therapeutic target in diabetes: A narrative review and perspective. Front Physiol. 12, 638491(2021).
  7. Cheng, H., et al. Effects of shear stress on vascular endothelial functions in atherosclerosis and potential therapeutic approaches. Biomed Pharmacother. 158, 114198(2023).
  8. Jackson, M. L., Bond, A. R., George, S. J. Mechanobiology of the endothelium in vascular health and disease: In vitro shear stress models. Cardiovasc Drugs Ther. 37 (5), 997-1010 (2022).
  9. Liu, X. F., Yu, J. Q., Dalan, R., Liu, A. Q., Luo, K. Q. Biological factors in plasma from diabetes mellitus patients enhance hyperglycaemia and pulsatile shear stress-induced endothelial cell apoptosis. Integr Biol. 6 (5), 511-522 (2014).
  10. Chin, L. K., et al. Production of reactive oxygen species in endothelial cells under different pulsatile shear stresses and glucose concentrations. Lab Chip. 11 (11), 1856-1863 (2011).
  11. Yu, J. Q., Liu, X. F., Chin, L. K., Liu, A. Q., Luo, K. Q. Study of endothelial cell apoptosis using fluorescence resonance energy transfer (FRET) biosensor cell line with hemodynamic microfluidic chip system. Lab Chip. 13 (14), 2693-2700 (2013).
  12. La Sala, L., Mrakic-Sposta, S., Micheloni, S., Prattichizzo, F., Ceriello, A. Glucose-sensing microRNA-21 disrupts ROS homeostasis and impairs antioxidant responses in cellular glucose variability. Cardiovasc Diabetol. 17 (1), 105(2018).
  13. Alpural, A., et al. Systematic review on the role of microfluidic platforms in advancing scalable and precise microbial bioprocessing. Eng Life Sci. 25 (9), e70034(2025).
  14. Chen, Z. H., et al. Advanced microfluidic devices for fabricating multi-structural hydrogel microsphere. Exploration. 1 (3), 20210036(2021).
  15. Hao, S. Y., et al. Periosteum Organoid: Biomimetic Design Inspired From the Bone Healing Process. Exploration. 5 (6), 20240298(2025).
  16. Chen, Z. Z., et al. A microfluidic device with spatiotemporal wall shear stress and ATP signals to investigate the intracellular calcium dynamics in vascular endothelial cells. Biomech Model Mechanobiol. 18 (1), 189-202 (2019).
  17. Chen, W., et al. Importance of mitochondrial calcium uniporter in high glucose-induced endothelial cell dysfunction. Diab Vasc Dis Res. 14 (6), 494-501 (2017).
  18. Hu, S. Y., et al. An integrated shear-glucose system to study how shear stress repairs oscillating glucose-induced endothelial cell damage via ROS/Ca2+/eNOS signaling. Microchemical Journal. 215, 114415(2025).
  19. Maeda, M., Hayashi, T., Mizuno, N., Hattori, Y., Kuzuya, M. Intermittent high glucose implements stress-induced senescence in human vascular endothelial cells: Role of superoxide production by NADPH oxidase. PLoS One. 10 (4), e0123169(2015).
  20. Na, J. T., et al. Fabricating a multi-component microfluidic system for exercise-induced endothelial cell mechanobiology guided by hemodynamic similarity. Talanta. 253, 123933(2023).
  21. Na, J. T., et al. A microfluidic system for precisely reproducing physiological blood pressure and wall shear stress to endothelial cells. Analyst. 146 (19), 5913-5922 (2021).
  22. Pereiro, I., Fomitcheva Khartchenko, A., Petrini, L., Kaigala, G. V. Nip the bubble in the bud: A guide to avoid gas nucleation in microfluidics. Lab Chip. 19 (14), 2296-2314 (2019).
  23. Aragona, M., et al. A mechanical checkpoint controls multicellular growth through YAP/TAZ regulation by actin-processing factors. Cell. 154 (5), 1047-1059 (2013).
  24. Sahin, M. A., Shehzad, M., Destgeer, G. Stopping microfluidic flow. Small. 20 (20), e2307956(2024).
  25. Sullender, C. T., et al. Using pressure-driven flow systems to evaluate laser speckle contrast imaging. J Biomed Opt. 28 (3), 036003(2023).
  26. Toma, L., et al. Oscillating glucose induces the increase in inflammatory stress through Ninjurin-1 up-regulation and stimulation of transport proteins in human endothelial cells. Biomolecules. 13 (4), 626(2023).
  27. Wu, N., et al. Acute blood glucose fluctuation enhances rat aorta endothelial cell apoptosis, oxidative stress and pro-inflammatory cytokine expression in vivo. Cardiovasc Diabetol. 15 (1), 109(2016).
  28. Gao, J., Pan, H., Guo, X., Huang, Y., Luo, J. Y. Endothelial Kruppel-like factor 2/4: Regulation and function in cardiovascular diseases. Cell Signal. 130, 111699(2025).
  29. He, L., Zhang, C. L., Chen, Q., Wang, L., Huang, Y. Endothelial shear stress signal transduction and atherogenesis: From mechanisms to therapeutics. Pharmacol Ther. 235, 108152(2022).
  30. Han, Y., Huang, K., Yao, Q. P., Jiang, Z. L. Mechanobiology in vascular remodeling. National Science Review. 5 (6), 933-946 (2018).
  31. Cheng, C. K., Wang, N., Wang, L., Huang, Y. Biophysical and biochemical roles of shear stress on endothelium: A revisit and new insights. Circ Res. 136 (7), 752-772 (2025).
  32. Tovar-Lopez, F., et al. A microfluidic system for studying the effects of disturbed flow on endothelial cells. Front Bioeng Biotechnol. 7, 81(2019).
  33. Estrada, R., Giridharan, G. A., Nguyen, M. D., Prabhu, S. D., Sethu, P. Microfluidic endothelial cell culture model to replicate disturbed flow conditions seen in atherosclerosis susceptible regions. Biomicrofluidics. 5 (3), 032006(2011).
  34. Van Engeland, N. C. A., et al. A biomimetic microfluidic model to study signalling between endothelial and vascular smooth muscle cells under hemodynamic conditions. Lab Chip. 18 (11), 1607-1620 (2018).
  35. Ma, Q., Ma, H., Xu, F., Wang, X., Sun, W. Microfluidics in cardiovascular disease research: State of the art and future outlook. Microsyst Nanoeng. 7, 19(2021).

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