Los glóbulos rojos humanos son extremadamente resistentes y tienen la capacidad de sufrir deformación celular a medida que navegan a través de varios micro vasos y capilares. Durante su vida útil normal de 120 días, los glóbulos rojos deben sufrir una deformación cíclica significativa a través de estiramientos elásticos grandes yrelajación Las deformaciones patológicas en los glóbulos rojos están asociadas con diversas enfermedades como la malaria, la anemia falciforme, la diabetes, el infarto de miocardio y varios trastornos hereditarios.
La fatiga mecánica que surge del esfuerzo cíclico en los glóbulos rojos también es un factor clave en la degradación de materiales y estructuras de ingeniería. Esta fatiga puede dañar y fracturar biomateriales naturales como el hueso, así como biomateriales sintéticos utilizados en dispositivos de implantes como implantes dentales y sintéticos.válvulas cardíacas. Sin embargo, los mecanismos responsables de la degradación de las células biológicas circulantes debido a la fatiga mecánica no se conocen bien, especialmente en los glóbulos rojos humanos. La medición del complejo y clínicamente relevante comportamiento de fatiga mecánica de las células biológicas en la salud y la enfermedad ha desafiado a los científicos pordécadas
Investigadores de la Facultad de Ingeniería e Informática de la Florida Atlantic University, en colaboración con el Instituto de Tecnología de Massachusetts y la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur, han desarrollado una nueva forma de medir cómo la fatiga mecánica afecta las células biológicas. Además, han establecido elpapel importante de este efecto al influir en las propiedades físicas de las células biológicas como los glóbulos rojos.
Resultados del estudio, publicado en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias , también proporciona información sobre el daño acumulado en la membrana durante la circulación sanguínea, allanando el camino para futuras investigaciones sobre la falla eventual de los glóbulos rojos y el mecanismo que causa su destrucción en diversas patologías de trastornos sanguíneos como la anemia falciforme.
Esta nueva técnica evalúa la integridad mecánica y el comportamiento a la fatiga de los glóbulos rojos utilizando un método general de microfluídica que incorpora electrodeformación modulada en amplitud. Induce la deformación mecánica estática y cíclica de los glóbulos rojos y mide cambios sistemáticos en las características morfológicas y biomecánicas de los glóbulos rojos humanos sanosy sus propiedades mecánicas de membrana. Este método también es capaz de someter a las células a cargas estáticas durante períodos prolongados de tiempo o a un gran número de ciclos controlados de fatiga mecánica.
"La plataforma de pruebas de fatiga que hemos desarrollado presenta ventajas múltiples y distintivas para la caracterización cuantitativa del comportamiento de fatiga mecánica de células biológicas individuales", dijo Sarah Du, Ph.D., autora principal y profesora asociada en el Departamento de FAUIngeniería mecánica y oceánica: "Los puntos fuertes de nuestro método radican en su simplicidad y flexibilidad para imponer cargas mecánicas controladas a frecuencias y formas de onda seleccionadas, y su capacidad para sondear una cantidad de células individuales durante miles de ciclos de fatiga".
Los investigadores querían comprender mejor el efecto de las fluctuaciones en las tensiones o la deformación de una célula biológica saludable en sus características mecánicas y físicas, integridad estructural y rendimiento. También querían identificar la función de factores como la intensidad máxima, la amplitud yvelocidad de deformación, frecuencia de deformación cíclica y número de ciclos, así como si este efecto es específico o no a las variaciones cíclicas en la deformación.
Los resultados del estudio indican además que la pérdida de deformabilidad de los glóbulos rojos durante la deformación cíclica es mucho más rápida que bajo deformación estática a la misma carga máxima durante el mismo tiempo de carga acumulado. Dicha pérdida de deformabilidad inducida por fatiga es más pronunciada a mayores amplitudes de deformación cíclica.
"Esta técnica de vanguardia desarrollada por la profesora Du y su grupo cambiará las reglas del juego y ayudará a los científicos a comprender mejor las funciones biológicas de los glóbulos rojos y otras células que afectan muchos aspectos de la salud humana", dijo Stella Batalama, Ph.D., decano de la Facultad de Ingeniería y Ciencias de la Computación de la FAU. "Además, este método único tiene importantes aplicaciones para los estudios de fatiga mecánica en conjunto con otros microambientes relacionados con la salud y la ingeniería de materiales".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Florida Atlantic University . Original escrito por Gisele Galoustian. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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