Используя передовые оптические методы, исследователи измерили жесткость мембраны, окружающей эритроциты, с течением времени. Они обнаружили, что, хотя клетки сохраняют свою форму и содержание гемоглобина, мембраны становятся более жесткими, что неуклонно снижает функциональность клеток.
Команда под руководством профессора электротехники и компьютерной инженерии Габриэля Попеску опубликовала свои результаты в журнале Scientific Reports.«Наши результаты показывают некоторые удивительные факты: хотя кровь выглядит хорошо на поверхности, ее функциональность со временем неуклонно ухудшается», — сказал Попеску, который также является сотрудником Института передовых наук и технологий имени Бекмана в Университете И.
Ежегодно в США хранится около 14 миллионов единиц крови. Установленный «срок годности» крови в банках крови составляет 42 дня. За это время с кровяными тельцами может произойти множество изменений — они могут повредиться или разорваться.
Но большая часть крови сохраняет форму и, судя по всему, выглядит так, как в день сдачи.Попеску и его коллеги хотели количественно измерить клетки крови с течением времени, чтобы увидеть, что изменилось, а что осталось неизменным, чтобы определить, какое влияние старая кровь может иметь на пациента.
Они использовали специальный оптический метод, называемый пространственной световой интерференционной микроскопией (SLIM), метод, разработанный в лаборатории Попеску в Иллинойсе в 2011 году. Он использует свет для неинвазивного измерения массы и топологии клеток с точностью до нанометра. Благодаря усовершенствованию программного и аппаратного обеспечения система SLIM сегодня получает изображения почти в 100 раз быстрее, чем три года назад.Исследователи сделали покадровые снимки клеток, измерив и составив диаграммы свойств клеток.
В частности, они смогли измерить движения клеточной мембраны в нанометровом масштабе, которые указывают на жесткость и функцию клетки. Чем слабее движение мембраны, тем менее функциональна клетка, так же как более слабый пульс указывает на проблемы с пациентом.Измерения показали, что многие характеристики остаются неизменными со временем: например, клетки сохраняют свою форму, массу и содержание гемоглобина.
Однако со временем мембраны становятся более жесткими и менее эластичными. Это важно, потому что клетки крови должны быть достаточно гибкими, чтобы проходить через крошечные капилляры, и достаточно проницаемыми для прохождения кислорода.«В микроциркуляции, такой как в головном мозге, клеткам необходимо сжимать очень узкие капилляры, чтобы переносить кислород», — сказал исследователь Басанта Бхадури, ведущий автор статьи. «Если они недостаточно деформируемы, транспорт кислорода к этому конкретному органу затруднен, и могут возникнуть серьезные клинические проблемы.
Это причина того, что новые красные кровяные тельца непрерывно производятся костным мозгом, так что никакие клетки старше 100 дней или так существуют в нашем обращении ".Исследователи надеются, что метод визуализации SLIM будет использоваться в клинической практике для мониторинга хранимой крови перед ее передачей пациентам, поскольку обычные микроскопы белого света можно легко адаптировать для SLIM с помощью нескольких дополнительных компонентов.
«Эти результаты могут иметь широкий спектр клинических применений», — сказал соавтор Кришна Тангелла, профессор патологии U. of I, который также связан с клиникой Christie в Урбане, штат Иллинойс. «Функциональные данные по эритроцитам помогут врачам определить, когда проводить переливание эритроцитов пациентам с анемией. Это исследование может помочь лучше использовать переливание эритроцитов, что не только снизит расходы на здравоохранение, но и повысит качество лечения. "