新的机制红细胞衰老

红细胞是血液中含量最丰富的细胞类型,在整个人体携带氧气。在血液循环中,他们反复遇到不同程度的氧张力。缺氧、低氧张力条件下,是一个非常常见的血液循环生理过程的微观环境因素和各种病理过程,如癌症、慢性炎症、心脏病和中风。此外,可怜的细胞之间的相互作用可变形性和受损的氧气交付存在于各种病理过程,如镰状细胞病。镰状红细胞同时经历剧烈的机械变形在镰状和unsickling过程。

缺氧和细胞生物力学和底层之间的交互作用的生化机制加速损伤病变红细胞是众所周知的,然而,确切的生物力学影响缺氧导致血红细胞的退化(老化)仍然是难以捉摸的。

研究人员从佛罗里达大西洋大学的工程学院和计算机科学,与麻省理工学院(MIT),试图确定缺氧的作用通过生物力学途径红细胞衰老。特别是,他们检查低氧诱导损伤的红细胞可变形性在单细胞水平,而非循环缺氧和循环缺氧,之间的差异和记录任何累积效应与缺氧周期等方面没有定量研究。红细胞可变形性是一个重要的生物标记的功能。

研究,发表在《芯片上的实验室,研究人员开发出一种多方面的微流体体外测定精确控制气体环境,同时探测血红细胞的力学性能,可以作为描述工具用于其他细胞参与氧依赖性的生物过程。该分析的前景为研究缺氧对转移性的潜在影响及相关肿瘤细胞的耐药性。癌细胞更转移性肿瘤缺氧微环境和癌症细胞刚度已被证明是一种有效的生物标志物的转移潜能。

研究的发现表明一个重要的生物物理机制红细胞衰老的循环缺氧独自挑战可以导致红细胞的机械降解膜。这个过程结合deformation-induced机械疲劳代表两个主要疲劳载荷条件,循环红细胞的经验。

“我们系统的特性在于,细胞可以在多个可变形性测量,分别跟踪控制下红细胞氧张力环境,”萨拉杜说,博士,资深作者,副教授能力的海洋和机械工程学系研究所成员能力的人类健康和疾病的干预(I-HEALTH)。“我们的研究结果表明,可变形性前后红细胞减少脱氧作用条件下的力学特性的单个细胞在氧含量在微流控装置的开关。”

微流体作为小型化、高效气体扩散平台通过接口的气体和溶液流或透气型膜,也就是适合细胞微环境气体的控制。

在这项研究中,研究人员对红细胞进行了控制重复缺氧微环境,同时允许同时描述细胞的力学性能。他们electro-deformation技术集成到一个微量扩散室,在同时容易实现和灵活应用循环缺氧挑战和剪切应力在悬挂在似稳条件下,单个细胞。

测量的生物标记,如氧化损伤,可以提供额外的信息来建立量化疲劳载荷和生物过程之间的关系,从而更好的理解和衰老红细胞失败。微流控分析还可以扩展到研究其他类型的生物细胞的力学性能和反应气体环境。

杜教授的实验室开发的“独特的方法也可以是一个有用的工具来预测力学性能的天然和人工红细胞输血的目的以及评估相关试剂的有效性延长细胞寿命在流通,”斯特拉Batalama说,博士,院长,大学的工程和计算机科学。“这承诺和先进的化验有潜力进一步扩展其他血液中红细胞疾病和其他细胞类型。”

参考:羌族Y,刘J,刀米,Du大肠体外测定单细胞描述以下红细胞可变形性受损的反复发作的缺氧。芯片实验室。2021;21 (18):3458 - 3470。doi:10.1039 / D1LC00598G

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