A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
אלקטרודפורמציה מווסתת משרעת להערכת עייפות מכנית של תאים ביולוגיים
In This Article
Summary
מוצג כאן פרוטוקול לבדיקת עייפות מכנית במקרה של תאי דם אדומים אנושיים באמצעות גישת אלקטרודפורמציה מווסתת אמפליטודה. גישה כללית זו יכולה לשמש למדידת השינויים השיטתיים במאפיינים מורפולוגיים וביומכניים של תאים ביולוגיים בתרחיף מעיוות מחזורי.
Abstract
תאי דם אדומים (RBCs) ידועים בעיוות יוצא הדופן שלהם. הם עוברים שוב ושוב עיוות ניכר כאשר עוברים דרך microcirculation. עיוות מופחת נראה אצל RBCs בגיל פיזיולוגי. טכניקות קיימות למדידת עיוות תאים אינן יכולות לשמש בקלות למדידת עייפות, ההתפרקות ההדרגתית בקרומי התאים הנגרמת על ידי עומסים מחזוריים. אנו מציגים פרוטוקול להערכת השפלה מכנית ב-RBCs כתוצאה מלחצים מחזוריים של גזירה באמצעות אלקטרודפורמציה מבוססת אפנון היסט משרעת (ASK) בתעלה מיקרופלואידית. בקצרה, האלקטרודות הבין-ספרתיות בתעלה המיקרופלואידית מעוררות בזרם חילופין במתח נמוך בתדרי רדיו באמצעות מחולל אותות. RBCs בתרחיף מגיבים לשדה החשמלי ומציגים דיאלקטרופורזה חיובית (DEP), המזיזה תאים לקצוות האלקטרודות. לאחר מכן נמתחים התאים בשל הכוחות החשמליים המופעלים על שני חצאי התא, וכתוצאה מכך מתיחה חד-צירית, המכונה אלקטרודפורמציה. ניתן לכוונן בקלות את רמת לחץ הגזירה ואת העיוות הנובע מכך על ידי שינוי המשרעת של גל העירור. זה מאפשר לכמת עיוות לא ליניארי של RBCs בתגובה לעיוותים קטנים וגדולים בתפוקה גבוהה. שינוי גל העירור באמצעות אסטרטגיית ASK גורם לעיוות אלקטרודלי מחזורי עם קצבי עומס ותדרים הניתנים לתכנות. זה מספק דרך נוחה לאפיון עייפות RBC. גישת האלקטרודפורמציה המווסתת ASK שלנו מאפשרת, בפעם הראשונה, מדידה ישירה של עייפות RBC מעומסים מחזוריים. הוא יכול לשמש ככלי לבדיקות ביומכניות כלליות, לניתוח עיוות תאים ועייפות בסוגי תאים אחרים ובמצבים חולים, וניתן גם לשלב אותו עם אסטרטגיות לשליטה במיקרו-סביבה של תאים, כגון מתח חמצן ורמזים ביולוגיים וכימיים.
Introduction
תאי דם אדומים (RBCs) הם התאים המעוותים ביותר בגוף האדם1. העיוות שלהם קשור ישירות לפונקציונליות נשיאת החמצן שלהם. עיוות מופחת ב- RBCs נמצא בקורלציה עם הפתוגנזה של מספר הפרעות RBC2. מדידות עיוותים הובילו אותנו להבנה טובה יותר של מחלות הקשורות ל-RBC3. תוחלת החיים הרגילה של RBCs יכולה לנוע בין 70 ל -140 יום4. לכן, חשוב למדוד כיצד העיוות שלהם פוחת יחד עם תהליך ההזדקנות, למשל, התנהגות העייפות שלהם עקב לחצים מחזוריים גזירה3.
מדידת עיוות RBC בתפוקה גבוהה היא מאתגרת בגלל כוחות סולם פיקוניוטון (~ 10-12 N) המופעלים על תאים....
Protocol
דם שלם אנושי לא מזוהה הושג באופן מסחרי. העבודה הכוללת את דגימות הדם בוצעה במעבדה ברמת בטיחות ביולוגית 2 תוך שימוש בפרוטוקולים שאושרו על ידי הוועדה המוסדית לבטיחות ביולוגית באוניברסיטת פלורידה אטלנטיק.
1. הכנת מכשיר מיקרופלואידי
- הדביקו את פרוסת הסיליקון הראשי.......
Representative Results
כאשר תרחיף התא הועמס בתעלה המיקרופלואידית, נצפתה התפלגות אחידה יחסית של תאים. עם יציאת האות (למשל, גל סינוס פשוט או שלב On-Keying של ASK) ממחולל הפונקציות, האלקטרודות האינטרדיגיטציה בעלות הסרט הדק יצרו שדה חשמלי לא אחיד של זרם חילופי. התאים המרחפים הגיבו באופן ספונטני לעירור חשמלי זה והפגינו התנ?.......
Discussion
ניתן להשתמש באפנון ASK OOK של גל סינוס מעורר כוח DEP כדי לבדוק את העייפות המכנית של RBCs לאורך תקופת זמן ארוכה. בפרוטוקול זה, הגבלנו את בדיקת עייפות החוץ גופית לשעה אחת כדי למנוע את ההשפעות המטבוליות השליליות האפשריות על עיוות התא. ניתן לתכנת תנאי בדיקת עייפות מקיפים באמצעות טכניקת אלקטרודפורמצי.......
Disclosures
למחברים אין מה לחשוף.
Acknowledgements
מחקר זה מומן על ידי NSF/CMMI Mechanobiology של נשאי חמצן מלאכותי מבוססי המוגלובין (#1941655) וניתוח דינמי ועייפות של NSF/CMMI של תאי דם אדומים בריאים וחולים (#1635312).
....Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Balance Scale | ViBRA | HT-224R | |
| Bandpass filter | BRIGHTLINE | 414/46 BrightLine HC | |
| BD Disposable Syringes with Luer-Lok™ Tips, 1 mL | Fisher Scientific | 14-823-30 | |
| Biopsy Punches with Plunger System, 1.5 mm | Fisher Scientific | 12-460-403 | |
| Biopsy Punches with Plunger System, 3 mm | Fisher Scientific | 12-460-407 | 1.5 mm and 3 mm diameter |
| Blunt needle, 23-gauge | BSTEAN | X001308N97 | |
| Bovin Serum Albumin | RMBIO | BSA-BSH | |
| Centrifuge | SCILOGEX | 911015119999 | |
| Conical Tube, 50 mL | Fisher Scientific | 05-539-13 | |
| Dextrose | Fisher Scientific | MDX01455 | MilliporeSigma™ |
| EC Low Conductivity meter | ecoTestr | 358/03 | |
| Eppendorf Snap-Cap MicrocentrifugeTubes | www.eppendorf.com | 05-402-25 | |
| Excel | Microsoft | Graph plotting | |
| Function Generator | SIGLENT | SDG830 | |
| Glass/ITO Electrode Substrate | OSSILA | S161 | |
| ImageJ | NIH | https://imagej.nih.gov/ij/ | |
| Inverted Microscope | OLYMPUS | IX81 - SN9E07015 | |
| Lab Oven | QUINCY LAB (QL) | MODEL 30GCE | Digital Model |
| Matlab | MathWorks | Graph plotting | |
| Micro Osmometer - Model 3300 | Advanced Instruments Inc. | S/N: 03050397P | |
| Parafilm Laboratory Wrapping Film | Fisher Scientific | 13-374-12 | |
| Petri dish | FALCON | SKU=351006 | ICSI/Biopsydish 50*9 mm |
| Phosphate Buffered Saline (PBS) | LONZA | 04-479Q | |
| Plasma Cleaner | Harrick plasma PDCOOL | NC0301989 | |
| Solidworks | Dassault Systemes | CAD software | |
| Sucrose | Fisher Scientific | 50-188-2419 | |
| Vacuum Desiccator | SPBEL-ART | F42400-2121 | |
| Wooden spatula | Fisher Scientific | NC0304136 | Tongue Depressors Wood NS 6" |
References
- 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).
- Safeukui, I., et al.
Reprints and Permissions
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
ABOUT JoVE
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved