Un equipo de investigadores de la Universidad Case Western Reserve CWRU en Cleveland, OH, ha desarrollado una plataforma microfluídica versátil integrada con un algoritmo de dimensionamiento celular para la evaluación cuantitativa de la deformabilidad dinámica y la adhesión de los glóbulos rojos en el flujo microfisiológico controlado. Medición precisa de los glóbulos rojosla deformabilidad y la adhesión, que son los dos factores biofísicos clave de la vasooclusión en la SCD, tienen un gran potencial como marcador para la evaluación de la progresión de la enfermedad, para obtener información sobre la fisiopatología de la enfermedad y el desarrollo de nuevas terapias. Aunque se han utilizado varios enfoques para la mediciónde deformabilidad y adhesión de glóbulos rojos, como microscopía de fuerza atómica y pinzas ópticas, ninguno de estos métodos podría realizarse en condiciones fisiológicas utilizando sangre completa de una manera clínicamente relevante. El sistema microfluídico desarrollado puede sondear las características de deformación de los glóbulos rojos a nivel de células individuales, así como reflejando microvasculatura adhrespuesta a la esión en muestras de sangre de pacientes con SCD completa
"Las técnicas de microfluidos permiten la incorporación de condiciones de flujo fisiológico, así como superficies de adhesión biológicamente relevantes en un entorno cerrado, que imitan mejor el entorno fisiológico natural de los glóbulos rojos en el flujo sanguíneo. El sistema microfluídico desarrollado aquí tiene el potencial para ser utilizado enuna manera de alto rendimiento con un algoritmo de procesamiento de imágenes automatizado integrado para medir la deformabilidad y la adhesión de los glóbulos rojos en la sangre de los pacientes ", dice el profesor Umut Gurkan, Ph.D., de la Universidad Case Western Reserve y el investigador principal en el documento.
Los glóbulos rojos GR sufren deformaciones dinámicas reversibles en la circulación sanguínea y responden rápidamente al estrés por cizallamiento de fluidos con constantes de tiempo en el rango de 100 milisegundos. Sin embargo, los glóbulos rojos pierden su capacidad de deformarse dinámicamente con enfermedades como diabetes, infección de malaria,esferocitosis hereditaria y diversas mutaciones que afectan los genes de la globina, como la enfermedad de células falciformes SCD. La SCD es la primera enfermedad molecular reconocida, que se identificó como un trastorno de la hemoglobina hace más de sesenta años.una mutación puntual en la sexta cadena del gen de la hemoglobina, que da como resultado una polimerización anormal de las moléculas de hemoglobina dentro de los glóbulos rojos. La formación de fibras de hemoglobina polimerizada altera la morfología celular, disminuye la deformabilidad de los glóbulos rojos aumenta la rigidez y cambia las propiedades adhesivas de la membrana.y la disminución de la deformabilidad de los glóbulos rojos son las causas principales de la oclusión de los vasos sanguíneos vasooclusión en el SCD.el sello distintivo de la enfermedad y se ha asociado con dolor intenso, crisis, daño de órganos generalizado y mortalidad temprana.
La base molecular de la SCD se ha investigado ampliamente. Sin embargo, hay un número limitado de estudios centrados en los factores biofísicos en tándem, como la deformabilidad y la adhesión de los glóbulos rojos, que son fenómenos altamente dinámicos. A pesar de que la deformabilidad de los glóbulos rojos ha sidoasociados con la vasooclusión en SCD, tenemos un conocimiento limitado sobre las características de deformación dinámica de los glóbulos rojos adheridos a las proteínas asociadas al endotelio en condiciones de flujo de fluidos microfisiológicos. Si bien se han utilizado diversos enfoques para la medición de la deformabilidad de los glóbulos rojos, incluidas pinzas ópticas, aspiración de micropipetas, atómicamicroscopía de fuerza AFM y microfluídica. A pesar de que las pinzas ópticas, la aspiración de micropipetas y los análisis AFM han permitido una medición sensible y controlada de las propiedades mecánicas de los glóbulos rojos, estos métodos generalmente se realizan en entornos abiertos sin flujo de fluido.
La plataforma microfluídica desarrollada por los investigadores de CWRU puede probar el comportamiento de deformación dinámica de los glóbulos rojos adheridos en condiciones de flujo fisiológico a nivel de una sola célula. Para evaluar la deformabilidad dinámica de los glóbulos rojos, los investigadores introdujeron un nuevo parámetro: índice de deformabilidad dinámica DDI, quese definieron como el cambio dependiente del tiempo de la relación de aspecto de la célula ". Utilizando este sistema microfluídico, analizamos la deformabilidad dinámica y la adhesión de los eritrocitos falciformes a tensiones de cizallamiento de flujo fisiológico y fisiológico. Reportamos por primera vez las subpoblaciones de eritrocitos.en términos de características de deformación dinámica en SCD: eritrocitos deformables y no deformables Además, analizamos la adhesión de los eritrocitos no deformables, en comparación con los eritrocitos deformables, cuantitativamente en tensiones de cizallamiento de flujo fisiológico y fisiológico superior en muestras de sangre obtenidas de pacientes con SCD.Observamos un número significativamente mayor de eritrocitos falciformes no deformables adheridos que la hoz deformable RLos BC en la tensión de cizalla de flujo están muy por encima del rango fisiológico, lo que sugiere una interacción entre la deformabilidad dinámica y una mayor adhesión de los glóbulos rojos en eventos vasooclusivos ", dice Yunus Alapan, Ph.D.candidato, el autor principal de este documento.
Una investigación unificada de las propiedades de adherencia y deformabilidad de los glóbulos rojos puede tener implicaciones significativas para comprender los eventos de vasooclusión y para fenotipar la fisiopatología de la enfermedad. Estudiar la deformación dinámica de las células puede tener implicaciones en otras enfermedades multisistémicas como la talasemia β, la diabetes mellitus, esferocitosis hereditaria, policitemia vera y malaria. El equipo de CWRU ahora está trabajando para caracterizar aún más la deformabilidad y la adhesión de glóbulos rojos en un mayor número de pacientes con SCD para analizar sus asociaciones con fenotipos clínicos y complicaciones. Esta tecnología adaptable puede proporcionar importantes conocimientos biofísicos sobrefisiopatología de la enfermedad cuando se aplica ampliamente en SCD. Además, la plataforma microfluídica desarrollada tiene el potencial de ser utilizada como un ensayo in vitro para monitorear la actividad de la enfermedad, al inicio del estudio y durante el flujo clínico después del tratamiento, durante episodios dolorosos y en asociación con largoscomplicaciones a largo plazo.
coautores de la TECNOLOGÍA papel son Yumi Matsuyama del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de CWRU, y Jane Little, MD, de Hospitales Universitarios y Facultad de Medicina de CWRU.
Este trabajo fue financiado por la Doris Duke Charitable Foundation con el número de premio 2013126.
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