Biyolojik Hücrelerin Mekanik Yorgunluğunu Değerlendirmek için Genlik Modülasyonlu Elektrodeformasyon

Özet

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

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

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 gün^{arasında değişebilir 4}. Bu nedenle, yaşlanma süreciyle birlikte deforme olabilirliklerinin nasıl azaldığını, örneğin döngüsel kayma gerilmelerinden kaynaklanan yorulma davranışlarını

Protokol

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 ve_N2 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....

Tartışmalar

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 .......

Malzemeler

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"