新实验发现红细胞老化的新机制

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经得到了很好的理解，然而，缺氧导致红细胞退化(衰老)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与计算机科学学院的研究人员与麻省理工学院(MIT)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。特别地，他们在单细胞水平上检查了缺氧诱导的红细胞变形能力损伤，比较了非循环缺氧和循环缺氧之间的差异，并记录了任何累积效应vs．缺氧循环等方面尚未定量研究。红细胞变形能力是红细胞功能的重要生物标志物。

这项研究发表在杂志上芯片实验室在美国，研究人员开发了一种多面微流体在体外在探测红细胞的机械性能时精确控制气体环境的化验，可作为参与氧依赖生物过程的其他细胞类型的表征工具。该试验有望用于研究缺氧对癌细胞转移潜力和相关耐药性的影响。癌细胞在低氧的肿瘤微环境中更容易转移，癌细胞硬度已被证明是其转移潜力的有效生物标志物。

研究结果表明，红细胞衰老背后存在一个重要的生物物理机制，其中仅循环缺氧挑战就会导致红细胞细胞膜的机械降解。这一过程与变形诱导的机械疲劳相结合，代表了循环红细胞所经历的两种主要疲劳加载条件。

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、资深作者Sarah Du博士说:“我们系统的一个独特之处在于，在控制良好的氧张力环境下，可以对多个单独跟踪的红细胞进行细胞变形性测量。”“我们的研究结果表明，在脱氧条件下，通过响应微流体设备中氧气水平的切换，对单个细胞进行前后力学表征，红细胞的变形能力会降低。”

微流体是一种小型的高效的气体扩散平台，它通过流动或透气膜将气体和水溶液连接起来，这也适用于细胞状气体微环境的控制。

在这项研究中，研究人员将红细胞置于控制良好的重复缺氧微环境中，同时允许同时表征细胞的力学特性。他们将电变形技术集成到微扩散室中，该技术易于实现，在悬浮和准静止条件下对单个细胞同时施加循环缺氧挑战和剪切应力时灵活。

测量生物标志物，如氧化损伤，可以提供额外的信息，以建立疲劳负荷和生物过程之间的定量关系，从而更好地了解红细胞衰竭和衰老。微流体分析也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。

工程与计算机科学学院院长Stella Batalama博士说:“杜教授实验室开发的独特方法也可以成为预测用于输血的天然和人工红细胞的机械性能，以及评估相关试剂在延长细胞循环寿命方面的功效的有用工具。”“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。”

该研究的共同作者是麻省理工学院材料科学与工程系博士道明;强余浩，FAU工程与计算机科学学院博士，现任麻省理工学院博士后研究员;刘佳，FAU工程与计算机科学学院博士。

这项研究是基于国家科学基金会支持的材料。