Menschliche rote Blutzellen (RBCs) sind extrem belastbar und haben die Fähigkeit zu Unterziehen, die zelluläre deformation, wie Sie navigieren über die verschiedenen Mikro-Gefäße und Kapillaren. Im Laufe Ihrer 120-Tage-normale Lebensdauer, roten Blutkörperchen Unterziehen müssen signifikante zyklische Verformung durch große elastische Dehnung und Entspannung. Pathologische Verformungen im Erythrozyten verbunden sind mit verschiedenen Krankheiten, wie malaria, Sichelzellenanämie, diabetes, Herzinfarkt und verschiedene Erbkrankheiten.
Mechanische Ermüdung, die sich aus zyklischen Anstrengung in Erythrozyten ist auch ein wichtiger Faktor für den Abbau technischer Werkstoffe und Strukturen. Diese Müdigkeit kann zu Schäden und Bruch natürlichen Biomaterialien wie Knochen-als auch synthetische Biomaterialien verwendet Implantat-Geräte, wie z.B. zahn-Implantate und synthetischen Herzklappen. Jedoch, die Mechanismen, die für den Abbau von zirkulierenden biologischen Zellen aufgrund mechanischer Ermüdung sind nicht gut verstanden, vor allem in menschlichen Erythrozyten. Die Messung der komplexen und klinisch relevante mechanische Ermüdung Verhalten von biologischen Zellen in Gesundheit und Krankheit herausgefordert Wissenschaftler seit Jahrzehnten.
Forscher von der Florida Atlantic University ‚ s College of Engineering und informatik, in Zusammenarbeit mit dem Massachusetts Institute of Technology, und der Nanyang Technological University in Singapur, entwickelten eine neue Art und Weise zu Messen, wie mechanische Ermüdung wirkt sich auf biologische Zellen. Außerdem, Sie haben die wichtige Rolle dieser Effekt bei der Beeinflussung der physikalischen Eigenschaften von biologischen Zellen wie Erythrozyten.
Die Ergebnisse der Studie, veröffentlicht in der Proceedings of the National Academy of Sciences, die auch Einblicke in die aufgelaufenen Schäden Membran während der Durchblutung und damit den Weg für weitere Untersuchungen der eventuellen Versagen der roten Blutkörperchen und des Mechanismus, der Ursachen Ihrer Zerstörung in den verschiedenen Blutkrankheiten Erkrankungen wie Sichelzellenanämie.
Dieses neue Verfahren bewertet die mechanische Integrität und Ermüdungs-Verhalten von Erythrozyten mit Hilfe eines Allgemeinen Mikrofluidik-Methode beinhaltet, dass ein Amplituden-moduliertes Elektro-Verformung. Es induziert die statischen und zyklischen mechanischen Verformung der Erythrozyten und Maßnahmen systematische änderungen der morphologischen und biomechanischen Eigenschaften der gesunden, menschlichen Erythrozyten und deren Membran mechanische Eigenschaften. Auch diese Methode ist in der Lage, zu Unterwerfen Zellen für statische Belastungen über längere Zeiträume oder zu große Anzahl von gesteuerten mechanischen Ermüdung Zyklen.
„Die fatigue testing-Plattform, die wir entwickelt haben, und verfügt über mehrere markante Vorteile für die quantitative Charakterisierung der mechanischen Ermüdung Verhalten von einzelnen biologischen Zellen,“ sagte Sarah Du, Ph. D., senior-Autor und associate professor in der FAU Department of Ocean und Maschinenbau. „Die stärken unserer Methode liegen in Ihrer Einfachheit und Flexibilität zu verhängen, kontrollierte mechanische Belastungen bei ausgewählten Frequenzen und Wellenformen, und seine Fähigkeit zu untersuchen, die eine Reihe von einzelnen Zellen, die über Tausende von Müdigkeit Zyklen.“
Wollten die Forscher besser verstehen, die Auswirkungen von Schwankungen in Spannungen und Verformung eines gesunden biologischen Zelle auf seine mechanischen und physikalischen Eigenschaften, die strukturelle Integrität und performance. Sie wollten auch die Identifikation der Funktion von Faktoren, wie die maximale Intensität, amplitude und Frequenz der Belastung, die Frequenz der zyklischen Verformung, und die Anzahl der Zyklen als auch, ob oder nicht, dieser Effekt ist spezifisch für zyklischen Schwankungen in der Verformung.
Ergebnisse aus der Studie zeigen zudem, dass ein Verlust der Verformbarkeit der Erythrozyten während der zyklischen Verformung ist viel schneller als die unter statischen Verformung bei gleicher maximaler Last über dieselben angesammelt Ladezeit. Solche Müdigkeit-induzierte Verformbarkeit Verlust ist stärker ausgeprägt bei höheren Amplituden der zyklischen Verformung.
„Diese cutting-edge-Technik entwickelt von Professor Du-und Ihr-Gruppe wird ein Spiel-wechsler, die den Wissenschaftlern helfen, ein besseres Verständnis der biologischen Funktionen der roten Blutkörperchen und andere Zellen, die Auswirkungen auf viele Aspekte der menschlichen Gesundheit,“ sagte Stella Batalama, Ph. D., Dekan von FAU ‚ s College of Engineering und Computer Science. „Darüber hinaus ist diese einzigartige Methode hat wichtige Anwendungen für mechanische Ermüdung Studien in Verbindung mit anderen mikroumgebungen im Zusammenhang mit Gesundheits-und Werkstofftechnik.“