p Os glóbulos vermelhos são o tipo de célula mais abundante no sangue, transportando oxigênio por todo o corpo humano. Na circulação sanguínea, eles encontram repetidamente vários níveis de tensão de oxigênio. Hipóxia, uma condição de baixa tensão de oxigênio, é um fator microambiental muito comum nos processos fisiológicos da circulação sanguínea e em vários processos patológicos, como o câncer, inflamação crônica, ataques cardíacos e derrames. Além disso, uma interação entre a deformabilidade celular pobre e a entrega de oxigênio prejudicada é encontrada em vários processos patológicos, como a doença falciforme. Os glóbulos vermelhos falciformes sofrem simultaneamente deformação mecânica drástica durante o processo de falcização e dessecação. p As interações entre a hipóxia e a biomecânica celular e os mecanismos bioquímicos subjacentes do dano acelerado nos glóbulos vermelhos doentes são bem compreendidos. Contudo, as consequências biomecânicas exatas da hipóxia que contribuem para a degradação dos glóbulos vermelhos (envelhecimento) permanecem indefinidas.

p Pesquisadores da Faculdade de Engenharia e Ciência da Computação da Florida Atlantic University, em colaboração com o Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), buscou identificar o papel da hipóxia no envelhecimento dos glóbulos vermelhos por meio das vias biomecânicas. Em particular, eles examinaram a deficiência induzida por hipóxia da deformabilidade dos glóbulos vermelhos no nível de uma única célula, comparou as diferenças entre hipóxia não cíclica e hipóxia cíclica, e documentou qualquer efeito cumulativo vs. ciclos de hipóxia, como aspectos que não foram estudados quantitativamente. A deformabilidade dos glóbulos vermelhos é um biomarcador importante de sua funcionalidade.

p Para o estudo, publicado no jornal Lab on a Chip , pesquisadores desenvolveram uma microfluídica multifacetada em vitro ensaio para controlar com precisão o ambiente gasoso enquanto sondando o desempenho mecânico dos glóbulos vermelhos, que pode ser usado como uma ferramenta de caracterização para outros tipos de células envolvidas em processos biológicos dependentes de oxigênio. O ensaio é uma promessa para investigar os efeitos da hipóxia no potencial metastático e na resistência relevante das células cancerosas aos medicamentos. As células cancerosas são mais metastáticas em um microambiente tumoral hipóxico e a rigidez das células cancerosas tem se mostrado um biomarcador eficaz de seu potencial metastático.

p Os resultados do estudo indicam um importante mecanismo biofísico subjacente ao envelhecimento dos glóbulos vermelhos, no qual o desafio da hipóxia cíclica por si só pode levar à degradação mecânica da membrana dos glóbulos vermelhos. Este processo em combinação com a fadiga mecânica induzida por deformação representa duas principais condições de carga de fadiga que os glóbulos vermelhos circulantes experimentam.

p "Uma característica única do nosso sistema reside no fato de que a medição da deformabilidade da célula pode ser feita em múltiplos, glóbulos vermelhos rastreados individualmente em um ambiente de tensão de oxigênio bem controlado, "disse Sarah Du, Ph.D., autor sênior, professor associado do Departamento de Engenharia Oceânica e Mecânica da FAU, e membro do Instituto de Intervenção em Saúde Humana e Doenças da FAU (I-HEALTH). "Nossos resultados mostraram que a deformabilidade dos glóbulos vermelhos diminui sob condições de desoxigenação pela caracterização mecânica antes e depois das células individuais em resposta à mudança dos níveis de oxigênio em um dispositivo microfluídico."

p A microfluídica serve como uma plataforma miniaturizada e eficiente para difusão de gás, fazendo a interface do gás e da solução aquosa por meio de fluxo ou membrana permeável a gás, que também é responsável pelo controle do microambiente gasoso celular.

p Para o estudo, os pesquisadores submeteram os glóbulos vermelhos a um microambiente de hipóxia repetida e bem controlado, permitindo a caracterização simultânea das propriedades mecânicas das células. Eles integraram uma técnica de eletrodeformação em uma câmara de microdifusão, que foi fácil de implementar e flexível em aplicações simultâneas de desafio de hipóxia cíclica e tensões de cisalhamento em células individuais em suspensão e sob condições quase estacionárias.

p Medições de biomarcadores, como dano oxidativo, pode fornecer informações adicionais para estabelecer relações quantitativas entre a carga de fadiga e os processos biológicos, permitindo uma melhor compreensão da insuficiência e do envelhecimento dos glóbulos vermelhos. O ensaio microfluídico também pode ser estendido para estudar outros tipos de células biológicas quanto ao seu desempenho mecânico e resposta a ambientes gasosos.

p "O método exclusivo desenvolvido pelo laboratório do professor Du também pode ser uma ferramenta útil para prever o desempenho mecânico de glóbulos vermelhos naturais e artificiais para fins de transfusão, bem como para avaliar a eficácia de reagentes relevantes para estender a vida útil celular em circulação, "disse Stella Batalama, Ph.D., reitor, Faculdade de Engenharia e Ciência da Computação. "Este ensaio promissor e de ponta tem o potencial de se estender ainda mais aos glóbulos vermelhos em outras doenças do sangue e outros tipos de células."