Верхние дыхательные пути — это первая линия защиты от загрязнителей воздуха, включая аллергены, бактерии и токсичные вещества из окружающей среды. Пальцеобразные выступы, называемые ресничками на поверхности слизистой оболочки человека или эпителия, раскачиваются взад и вперед при раздражении. Это скоординированное «биение» движения ресничек помогает удалить инородные материалы и является важным защитным механизмом.
Вэй Ван и Чжи Пинг Ван из Сингапурского института производственных технологий A * STAR, Де Юн Ван из Национального университета Сингапура и его коллеги разработали первое микрофлюидное устройство, которое позволяет непосредственно наблюдать за ресничками и частотой их биений на экране. полиэфирная мембрана [1]. Искусственная система используется для наблюдения за воздействием загрязнителей воздуха на клетки верхних дыхательных путей.Исследователи сконструировали свое микрофлюидное устройство из стекла и прозрачного формованного полимера, чтобы обеспечить четкое представление о ресничках и их активности.
Мембрана, предназначенная для поддержки культивирования и дифференцировки стволовых клеток носового эпителия человека, была вставлена в небольшую камеру устройства, и свежий или загрязненный воздух подавался через крошечный канал.Через пять недель после засева мембраны человеческими эпителиальными стволовыми клетками носа исследователи смогли наблюдать образование бьющихся ресничек.
Частота биений ресничек варьировалась в разных выборках, но разница обычно составляла несколько герц.Когда в камеру поступал свежий воздух, исследователи наблюдали снижение частоты биений ресничек на 3% по сравнению с исходным значением. Напротив, когда через камеру пропускали воздух, смешанный с 0,5 миллиграмма на кубический метр формальдегида, они наблюдали увеличение частоты биений ресничек на 7,4% по сравнению с исходным значением.Дальнейшее увеличение концентрации формальдегида до 1 миллиграмма на кубический метр привело к резкому увеличению — до 136,4% — частоты биений ресничек по сравнению с исходным значением.
Однако при еще более высоких концентрациях формальдегида — 3,0 миллиграмма на кубический метр, исследователи наблюдали неожиданное снижение частоты биения ресничек, возможно, из-за необратимого повреждения клеток, вызванного формальдегидом.Позволяя наблюдать частоту биений ресничек, экспериментальная модель, описанная в этой работе, обеспечивает большую реалистичность для клинических приложений.
Устройство можно использовать для непосредственного тестирования токсичности и механизмов токсичности, выявления лекарств, уменьшающих раздражение, и оценки уровня рисков, связанных с конкретным загрязнителем воздуха. «Эта технология находит применение в химическом анализе, мониторинге окружающей среды, медицинской диагностике и клеточных исследованиях», — говорит Ван.