佛罗里达大西洋大学
信用:CC0公共领域
红细胞是血液中最丰富的细胞类型，将氧气输送到人体各处
在血液循环中，他们反复遇到不同程度的氧张力
低氧是一种低氧张力状态，是血液循环生理过程和各种病理过程(如癌症、慢性炎症、心脏病发作和中风)中非常常见的微环境因素
此外，在各种病理过程中，如镰状细胞病，发现细胞变形能力差和氧气输送受损之间存在相互作用
镰状红细胞在镰状和非镰状过程中同时经历剧烈的机械变形
缺氧和细胞生物力学之间的相互作用以及患病红细胞加速损伤的潜在生化机制已被很好地理解，然而，缺氧导致红细胞降解(老化)的确切生物力学后果仍然难以捉摸
佛罗里达大西洋大学工程和计算机科学学院的研究人员与麻省理工学院合作，试图通过生物力学途径确定缺氧对红细胞衰老的作用
特别是，他们在单细胞水平上检查了缺氧诱导的红细胞变形性损伤，比较了非周期性缺氧和周期性缺氧之间的差异，并记录了任何累积效应与
缺氧循环，如尚未定量研究的方面
红细胞变形性是其功能性的重要生物标志物
这项研究发表在《芯片实验室》(Lab on a Chip)杂志上，研究人员开发了一种多面微流体体外分析方法，可以精确控制气体环境，同时探测红细胞的机械性能，这种方法可以作为其他参与氧依赖生物过程的细胞类型的表征工具
该分析有望研究低氧对癌细胞转移潜能和相关耐药性的影响
癌细胞在低氧肿瘤微环境中更易转移，并且癌细胞硬度已被证明是其转移潜力的有效生物标记
这项研究的发现表明了红细胞老化背后的一个重要生物物理机制，在这个机制中，仅仅周期性缺氧的挑战就可能导致红细胞膜的机械降解
这一过程与变形引起的机械疲劳相结合，代表了循环红细胞经历的两种主要的疲劳负荷状态
“我们系统的一个独特之处在于，可以在严格控制的氧张力环境下，对多个单独追踪的红细胞进行细胞变形性测量，”dr
D
，高级作者，FAU海洋与机械工程系副教授，FAU人类健康与疾病干预研究所(I-HEALTH)成员
“我们的结果表明，在脱氧条件下，通过响应微流体装置内氧气水平的切换对单个细胞进行前后机械表征，红细胞的变形性降低
" 微流体作为气体扩散的小型化和高效平台，通过流动或可透过气体的膜来连接气体和水溶液，这也适用于细胞气体微环境的控制
在这项研究中，研究人员将红细胞置于一个控制良好的反复缺氧微环境中，同时允许同时表征细胞的机械特性
他们将电变形技术集成到微扩散室中，该技术易于实施，并且在周期性缺氧挑战和剪切应力同时应用于悬浮和准静态条件下的单个细胞时非常灵活
生物标志物的测量，如氧化损伤，可以提供额外的信息来建立疲劳负荷和生物过程之间的定量关系，从而更好地理解红细胞衰竭和衰老
微流控分析还可以扩展到研究其他类型的生物细胞的机械性能和对气体环境的响应
“杜教授实验室开发的独特方法也可以成为一种有用的工具，用于预测输血用天然和人工红细胞的机械性能，以及评估相关试剂在延长循环中细胞寿命方面的功效，”Stella Batalama说
D
工程和计算机科学学院院长
“这种有前途的尖端检测方法有可能进一步扩展到其他血液疾病和其他细胞类型的红细胞
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