Deformasyon ve kan Ektacytometry tarafından kırmızı hücre heterojenite ölçme
Summary
Burada kırmızı hücre deformasyon ve hücresel heterojenite ektacytometry tarafından ölçmek için teknikler mevcut. Bu teknikler kırmızı hücre deformasyon genel araştırmalar ve kan hastalıkları dolaşım, orak hücreli anemi gibi katı ve deforme kırmızı hücrelerinde varlığı ile karakterize belirli soruşturmalar için geçerlidir.
Abstract
Azalan kırmızı hücre deformasyon çeşitli bozukluklar özelliğidir. Bazı durumlarda, arızalı deformasyon ölçüde hastalık şiddeti veya ciddi komplikasyonlar geçtiği tahmin edebilirsiniz. Ektacytometry kullandığı kırmızı kan hücreleri artan kesme stres veya bir ozmotik degrade uygulanan kesme stres sabit bir değerde tabi deformasyon ölçmek için kırınım viscometry lazer. Ancak, doğrudan deformasyon ölçümleri katı ve deforme kırmızı hücreleri varlığı ile karakterize hànzú kan ölçerken yorumlamak zordur. Bu katı hücre yetersizliği düzgün kesme stres ve bariz deformasyon abartılı bir düşüş olarak işaretlenmiş bir çarpık kırınım deseni sonuçlarında yanıt hizalamak için kaynaklanmaktadır. Bozulma derecesi ölçümü kan eritrositler heterojen bir gösterge sağlar. Orak hücreli anemi, bu katı hücreleri, hemoglobin konsantrasyonu ve eritrositler bileşimi hemoglobin yansıtan yüzdesi ile ilişkilidir. Deformasyon ölçme yanı sıra, ozmotik degrade ektacytometry ozmotik kırılganlık ve eritrositler hidrasyon durumu hakkında bilgi sağlar. Bu parametreler de alyuvarlar orak hücre hastaların hemoglobin bileşimini yansıtır. Ektacytometry deformasyon nüfus alyuvar tedbirler ve bu nedenle, bilgi deformasyon veya bireysel eritrositler mekanik özelliği sağlamaz. Ne olursa olsun, burada açıklanan teknikleri amacı deformasyon ve kan hücresel heterojen ölçmek için kullanışlı ve güvenilir bir yöntem sağlamaktır. Bu teknikler geçici değişiklikler, aynı zamanda hastalık ilerleme ve yanıt-e doğru çeşitli hastalıklarda tedavi müdahale izlemek için yararlı olabilir. Orak hücreli anemi iyi karakterize bir örnektir. Kırmızı hücre deformasyon ve/veya heterojenite ölçümleri ilgi nerede diğer olası bozukluklar kan depolama, diyabet, Plasmodium enfeksiyon, demir eksikliği ve hemolitik anemiler membran hatalarından kaynaklanan içerir.
Introduction
Ektacytometry kırmızı hücre deformasyon yanıt değişiklikler makaslama (Paskal (Pa) ölçülen) stres veya orta osmolalite askıya almak için uygun bir ölçüsü sağlar. Kırmızı hücre deformasyon uygun parametreleri içeren en fazla uzama Index (EI Max), en fazla deformasyon (SS ½) yanıt olarak artan kesme stres ve yamultma stres ½ kırmızı hücre bir ölçüsü, yarım maksimal ulaşmak için gerekli kesme stres Deformasyon. 1 ozmotik degrade ektacytometry çok bilgilendirici parametresi vardır. Bu uzama dizin en az (EI dk), yüzey hacim oranı bir ölçüsü ve bu gerçekleştiği (O dk), osmolalite içerir hangi ozmotik kırılganlık ölçümüdür. EI Max ve (O (EI Max)) gerçekleştiği osmolalite bilgi membran esneklik ve hücre yüzey alanı üzerinde sağlar. Ozmotik geçişin hipertonik kolundan yarım maksimal uzama EI hiper tarafından temsil edilir. EI hiper ve hangi oluşur, osmolalite O hiper, hemoglobin konsantrasyonu tarafından belirlenen kırmızı hücre hücre içi viskozite hakkında bilgi sağlar. 2 , 3 ölçüm deformasyon hànzú kan kırmızı kan hücreleri, orakla gibi katı hücrelerin düzgün kesme stres artan karşılık deforme hücreleri gibi akış yönü ile hizalamak değil Aslında tarafından karmaşıktır. Karakteristik eliptik kırınım görüntü üretmek yerine, sert hücreleri deforme hücreleri tarafından üretilen elips üzerinde overlaid bir elmas şeklindeki kırınım deseni sonuçlanan bir küresel model üretmek. 4 , 5 , 6 küresel desen geri dönüşümsüz orakla hücrelere yoğunluğu aralıklarla takip hücreleri izole kesirler üzerinde ektacytometry gerçekleştirerek karşılık gelecek şekilde gösterilmiştir. 6 uzama Endeksi Hesaplama uzun ve kısa eksen elipsin kararlaştırıldı; eşkenar dörtgen bu nedenle kısa eksen genişliğini artırarak uzama belirgin bir düşüş üretir. 7 aynı daha önce kırınım deseni bozulma derecesini Orak hemoglobin (HbS) yüzdesi ve Orak hücre anemisi olan hastalarda kan hücrelerinde orakla yüzdesi ile korelasyon gösterilmiştir. 5 tarafından karmaşık matematiksel çözümlemeleri kırınım deseni bozulma derecesini elde edilebilir. 8 bu aynı zamanda ektacytometer üzerinde kamera diyafram açılması veya gri kırınım deseni yüksekliği değiştirmek için uygun yazılım düzeyini ayarlayarak elde edilebilir. 5 ancak, gri düzeyi ayarlamak nasıl ilgili ayrıntıları iyi tanımlanmış değildir ve kamera diyafram piyasada bulunan ektacytometer son nesil kolayca erişilebilir değil. Bu sorunları aşmak için kolayca erişilebilir kamera kazanç kırınım deseni yüksekliklerini ayarlamak için kullanılabilir. 9 hücresel heterojenite tahmin etmek için bu yöntemi kullanarak, kırınım deseni bozulma derecesini fetal hemoglobin orak hücre anemisi olan hastalarda kandaki yüzdesi ile ilişkili olabilir. 10 birkaç ozmotik degrade ektacytometry parametreleri aynı şekilde fetal yüzdesi ile ilişkili veya Orak hemoglobin orak hücre anemisi olan hastalarda kan içinde. Kırınım deseni bozulma korelasyon büyük olasılıkla hemoglobin kompozisyon katı, deforme olmayan hücreleri yüzdesini katkısını yansıtır. Ek ilgi tüm ozmotik degrade ektacytometry profil dolaşımı orak hücre krizi sırasında yoğun hücre yüzdesi karşılık bifazik değişiklikleri uğrar. 11
Ektacytometry aynı şekilde birkaç diğer bozuklukları çalışmada yararlıdır. Ozmotik degrade ektacytometry tanı için devralınan kırmızı hücre membran bozuklukları kalıtsal sferositoz, kalıtsal elliptocytosis ve kalıtsal pyropoikilocytosis gibi. 3 , 12 , 13 , 14 demir eksikliği azalmış deformasyon oluşur. 15 -olan istihdam karakterizasyonu “depolama lezyon” kan ektacytometry ve gelecekteki çalışmalar her iki lezyon doğasını araştırıyor ve banked kan depolama sırasında onun oluşumunu önlemek için müdahale etmek büyük olasılıkla Burada sunulan teknikleri. 16 azalmış kırmızı hücre deformasyon da mikrovasküler diyabet hastalığında ile ilişkili. 17 bu faktörler mikrovasküler hastalığı gelişiminde önemli olabilir kırmızı hücre askorbat konsantrasyonları ve ozmotik kırılganlık son çalışmalar, hiperglisemi bağlantı öneririz. 18 Ektacytometry çalışmalar şu anda bu hipotez araştırmaya devam etmektedir (Parrow ve Levine, yayınlanmamış veri). Kan sahne alanı sıtma başka bir ilginç avenue kırmızı hücre deformasyon soruşturmaların enfeksiyondur. Plasmodium falciparum hücresel deformasyon 48 saatlik hücre içi yüzük aşamasından parazit schizont sahne için olgunlaşma sırasında önemli ölçüde azalır kırmızı kan hücreleri enfekte. Kanıt bu düşük deformasyon parazit olgunlaşma ters gösterir. Ters enfekte kırmızı hücreleri sürümü ile dolaşıma denk geliyor. Düşük Deformasyon kırmızı hücre tutma teşvik Plasmodium proteinler tarafından aracılı düşünülmektedir. 19 bu çalışmalar ölçüm eritrosit deformasyon ve ozmotik degrade parametreleri ilgili olduğu klinik olarak önemli koşullardan küçük bir örnekleme temsil eder. Çalışmanın birkaç ek alanlar adlı biri yok.
Kırmızı hücre deformasyon ölçmek için alternatif teknikleri tek kırmızı hücreleri bir veya daha fazla yönde germek için fotonlar fiziksel özellikleri’ni (lazer tuzakları da bilinir) optik cımbız içerir. 20 bu tekniği tek eritrositler, deformasyon ölçme avantajı vardır ama bazı belirsizlik kuvvet yapılmasından çalışmaları 21 önemli ölçüde değişkenlik üretti ve veri analizi emek yoğun olabilir sürece otomatik. 22 micropipette bir eritrosit Aspire için negatif basınç kullanır, micropipette aspirasyon da deformasyon alyuvar ölçmek için kullanılmıştır. 7 , 23 kırmızı hücre Aspire için gerekli basınç gibi birden fazla ölçüm kırmızı hücre farklı özelliklerini tanımlayan her ölçü ile mümkündür. 23 Atomik kuvvet mikroskobu kırmızı hücre yüzey boyunca konsol saptırma bir göstergesi olarak lazer ışını saptırma miktarının tarafından membran sertlik ölçer bir yüksek çözünürlüklü tekniktir. 24 bu teknikler bireysel eritrositler hakkında bilgi, kolayca kırmızı kan hücrelerinin nüfus değişiklikleri ölçmek ve genel olarak, önemli teknik uzmanlık gerektiren için adapte değil.
Arzu örnek birey ve nüfus hücre aynı anda gelişmeler otomasyon ve havacilik ve dizi tabanlı yöntemler geliştirilmesi yol açmıştır. Ektacytometry gibi rheoscopy deformasyon kesme stres bir fonksiyonu olarak ölçer ama görüntüleri doğrudan mikroskop yolu ile iktisap. 25 daha yüksek yerine aracılığıyla analizleri için otomatik hücre görüntüleme deformasyon dağılımları rheoscope kullanarak üretmek için istihdam edilmiştir. 26 bir sağlıklı denetim konu verilerden kullanılabilir yoksa hücresel heterojenite bu yöntemle sayısal. 27 havacilik teknikleri de tek hücreler yüksek yerine aracılığıyla analizleri için izin; uyarlamalar filtrasyon,28 hücre transit Analizörleri, bir micropore ile bir eritrosit akışı için gereken zamanı ölçer29 ve eritrosit transit için oldukça gerekli basıncı ölçmek alternatifleri kullanarak birden çok tasarımlar zaman 30 ‘ dan geliştirilmiştir. Başka bir tek tek hücreler yüksek yerine yoluyla çözümlenmesi için aşağı akım Floresans tabanlı karakterizasyonu hücreleri için izin ek avantajı tek hücre microchamber dizi çip platformudur. 31 bu tekniklerin herbirini potansiyel olarak yararlı ve belirli uygulamalar için üstün olabilir rağmen ektacytometry karşılaştırmalı avantajlarını içerir duyarlılık, kullanım kolaylığı ve hassas. 32 piyasada bulunan ektacytometers son nesil de gerçekleştirilebilir deneyleri sayısında önemli çok yönlülük sahip.
Protocol
Representative Results
Discussion
Açıklanan ektacytometry teknikleri basit ve de otomatik, geçerli ve tekrarlanabilir sonuçlar sağlanması. Yine de, bazı önemli adımlar vardır. Uygun sıcaklık kontrolü kan önemlidir. Depolama sekiz saatten fazla oda sıcaklığında SS ½ etkileyebilir değerleri. 34 suspending ortamın viskozitesi sıcaklık bağımlı olduğu gibi makine sıcaklığı 37 ° C’de stabil sağlama da önemlidir. Kan tamamen ilgi deneysel parametreleri bunlar sürece düşük deformasyon olmayan oksijenl…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu eser Ulusal diyabet kurumları, sindirim ve böbrek hastalıkları ve ulusal kalp, akciğer ve kan Enstitüsü Ulusal Sağlık Enstitüleri Intramural araştırma programıyla desteklenmiştir. Bu düşünceleri dile getirdi yazarlar sorumluluğunda ve mutlaka Ulusal Sağlık Enstitüleri resmi görüşlerini temsil etmemektedir.
Materials
| LoRRca MaxSis standard version | Mechatronics | LORC109000 | |
| LoRRca MaxSis Osmoscan | Mechatronics | LORC109001 | |
| Polyvinylpyrrolidone solution (PVP) 0mOsm | Mechatronics | QRR030910 | |
| Polyvinylpyrrolidone solution (PVP) 500mOsm | Mechatronics | QRR030930 | |
| Polyvinylpyrrolidone solution (PVP) 5mL vials | Mechatronics | QRR030901 | |
| X clean | Mechatronics | QRR010946 | |
| P1000 | MilliporeSigma | Z646555 | |
| P200 | MilliporeSigma | Z646547 | |
| P200 filter tips | MidSci | AV200-H | |
| P1250 filter tips | MidSci | AV1250-H | |
| Kimwipes | MidSci | 8091 | |
| 1.5 mL eppendorf tubes | MidSci | AVSS1700 | |
| 15 mL conical vial | MidSci | C15R |
References
- Bessis, M., Mohandas, N., Feo, C. Automated ektacytometry: a new method of measuring red cell deformability and red cell indices. Blood Cells. 6 (3), 315-327 (1980).
- Clark, M. R., Mohandas, N., Shohet, S. B. Osmotic gradient ektacytometry: comprehensive characterization of red cell volume and surface maintenance. Blood. 61 (5), 899-910 (1983).
- Da Costa, L., et al. Diagnostic tool for red blood cell membrane disorders: Assessment of a new generation ektacytometer. Blood Cells Mol Dis. 56 (1), 9-22 (2016).
- Clark, M. R., Mohandas, N., Shohet, S. B. Deformability of oxygenated irreversibly sickled cells. J Clin Invest. 65 (1), 189-196 (1980).
- Rabai, M., et al. Deformability analysis of sickle blood using ektacytometry. Biorheology. 51 (2-3), 159-170 (2014).
- Bessis, M., Mohandas, N. Laser Diffraction Patterns of Sickle Cells in Fluid Shear Fields. Blood Cells. 3, 229-239 (1977).
- Kim, Y., Kim, K., Park, Y., Moschandreou, T. E. . Blood Cell – An Overview of Studies in Hematology. , (2012).
- Streekstra, G. J., Dobbe, J. G., Hoekstra, A. G. Quantification of the fraction poorly deformable red blood cells using ektacytometry. Opt Express. 18 (13), 14173-14182 (2010).
- Renoux, C., et al. Importance of methodological standardization for the ektacytometric measures of red blood cell deformability in sickle cell anemia. Clin Hemorheol Microcirc. 62 (2), 173-179 (2016).
- Parrow, N. L., et al. Measurements of red cell deformability and hydration reflect HbF and HbA2 in blood from patients with sickle cell anemia. Blood Cells Mol Dis. 65, 41-50 (2017).
- Ballas, S. K., Smith, E. D. Red blood cell changes during the evolution of the sickle cell painful crisis. Blood. 79 (8), 2154-2163 (1992).
- Johnson, R. M., Ravindranath, Y. Osmotic scan ektacytometry in clinical diagnosis. J Pediatr Hematol Oncol. 18 (2), 122-129 (1996).
- Mohandas, N., Clark, M. R., Jacobs, M. S., Shohet, S. B. Analysis of factors regulating erythrocyte deformability. J Clin Invest. 66 (3), 563-573 (1980).
- Lazarova, E., Gulbis, B., Oirschot, B. V., van Wijk, R. Next-generation osmotic gradient ektacytometry for the diagnosis of hereditary spherocytosis: interlaboratory method validation and experience. Clin Chem Lab Med. 55 (3), 394-402 (2017).
- Anderson, C., Aronson, I., Jacobs, P. Erythrocyte Deformability is Reduced and Fragility increased by Iron Deficiency. Hematology. 4 (5), 457-460 (1999).
- Reinhart, W. H., et al. Washing stored red blood cells in an albumin solution improves their morphologic and hemorheologic properties. Transfusion. 55 (8), 1872-1881 (2015).
- Shin, S., et al. Progressive impairment of erythrocyte deformability as indicator of microangiopathy in type 2 diabetes mellitus. Clin Hemorheol Microcirc. 36 (3), 253-261 (2007).
- Tu, H., et al. Low Red Blood Cell Vitamin C Concentrations Induce Red Blood Cell Fragility: A Link to Diabetes Via Glucose, Glucose Transporters, and Dehydroascorbic Acid. EBioMedicine. 2 (11), 1735-1750 (2015).
- Tiburcio, M., et al. A switch in infected erythrocyte deformability at the maturation and blood circulation of Plasmodium falciparum transmission stages. Blood. 119 (24), e172-e180 (2012).
- Henon, S., Lenormand, G., Richert, A., Gallet, F. A new determination of the shear modulus of the human erythrocyte membrane using optical tweezers. Biophys J. 76 (2), 1145-1151 (1999).
- Mills, J. P., Qie, L., Dao, M., Lim, C. T., Suresh, S. Nonlinear elastic and viscoelastic deformation of the human red blood cell with optical tweezers. Mech Chem Biosyst. 1 (3), 169-180 (2004).
- Moura, D. S., et al. Automatic real time evaluation of red blood cell elasticity by optical tweezers. Rev Sci Instrum. 86 (5), 053702 (2015).
- Evans, E. A. New membrane concept applied to the analysis of fluid shear- and micropipette-deformed red blood cells. Biophys J. 13 (9), 941-954 (1973).
- Chen, X., Feng, L., Jin, H., Feng, S., Yu, Y. Quantification of the erythrocyte deformability using atomic force microscopy: correlation study of the erythrocyte deformability with atomic force microscopy and hemorheology. Clin Hemorheol Microcirc. 43 (3), 243-251 (2009).
- Musielak, M. Red blood cell-deformability measurement: review of techniques. Clin Hemorheol Microcirc. 42 (1), 47-64 (2009).
- Dobbe, J. G., Streekstra, G. J., Hardeman, M. R., Ince, C., Grimbergen, C. A. Measurement of the distribution of red blood cell deformability using an automated rheoscope. Cytometry. 50 (6), 313-325 (2002).
- Dobbe, J. G., et al. Analyzing red blood cell-deformability distributions. Blood Cells Mol Dis. 28 (3), 373-384 (2002).
- Kikuchi, Y., Arai, T., Koyama, T. Improved filtration method for red cell deformability measurement. Med Biol Eng Comput. 21 (3), 270-276 (1983).
- Moessmer, G., Meiselman, H. J. A new micropore filtration approach to the analysis of white cell rheology. Biorheology. 27 (6), 829-848 (1990).
- Guo, Q., et al. Microfluidic analysis of red blood cell deformability. J Biomech. 47 (8), 1767-1776 (2014).
- Doh, I., Lee, W. C., Cho, Y. H., Pisano, A. P., Kuypers, F. A. Deformation measurement of individual cells in large populations using a single-cell microchamber array chip. Appl Phys Lett. 100 (17), 173702-173703 (2012).
- Baskurt, O. K., et al. Comparison of three commercially available ektacytometers with different shearing geometries. Biorheology. 46 (3), 251-264 (2009).
- Baskurt, O. K., et al. New guidelines for hemorheological laboratory techniques. Clin Hemorheol Microcirc. 42 (2), 75-97 (2009).
- Uyuklu, M., et al. Effects of storage duration and temperature of human blood on red cell deformability and aggregation. Clin Hemorheol Microcirc. 41 (4), 269-278 (2009).
- Uyuklu, M., Meiselman, H. J., Baskurt, O. K. Effect of hemoglobin oxygenation level on red blood cell deformability and aggregation parameters. Clin Hemorheol Microcirc. 41 (3), 179-188 (2009).
- Embury, S. H., Clark, M. R., Monroy, G., Mohandas, N. Concurrent sickle cell anemia and alpha-thalassemia. Effect on pathological properties of sickle erythrocytes. J Clin Invest. 73 (1), 116-123 (1984).
- von Tempelhoff, G. F., et al. Correlation between blood rheological properties and red blood cell indices(MCH, MCV, MCHC) in healthy women. Clin Hemorheol Microcirc. 62 (1), 45-54 (2016).
- Da Costa, L., Galimand, J., Fenneteau, O., Mohandas, N. Hereditary spherocytosis, elliptocytosis, and other red cell membrane disorders. Blood Rev. 27 (4), 167-178 (2013).
