Зураг. Шарх орчмын ялгаатай цахилгаан орны (EF) тархалтыг бий болгох микро-шингэний загвар. (а) Судалгаанд ашиглагдсан микро-сувгуудын (microchannel) загварууд. Улаан (+) тэмдэг нь анод, хар (−) тэмдэг нь катодыг илэрхийлнэ. Шар тасархай шугам нь цахилгаан гүйдэл болон цахилгаан орны чиглэлийг заана. Цайвар ягаан өнгөөр эсийн нэг давхаргаар дүүргэсэн микро-сувгийг дүрсэлсэн. Цагаан дөрвөлжин хэсэг нь шарх үүсгэх газрыг харуулна. (b) Биоэлектрон микро-шингэний платформыг ажиллуулах дараалал. Чухал алхмуудыг гурван панелиар дараалуулан зүүнээс баруун тийш шар, цэнхэр, улаан өнгөөр тэмдэглэн, ангилан харуулав. Бэлтгэл шат (шар): Олон давхар микро-шингэний наалдамхай хуудаснуудыг лазераар зүсэн, цэвэрлэж, стандарт Петрийн аяган дээр байрлуулна. Мөн, лазераар зүссэн хоёр акрилан хэсгийг уусгагч ашиглан нааж, дараа нь тавих микро-шингэний тагийг урьдчилан бэлтгэнэ. Эс суулгах/шарх үүсгэх шат (цэнхэр): Кератиноцит эсийн өтгөн суспензийг нээлттэй микро-суваг дээр дусааж суулгана. Дараа нь нэмэлт тэжээлийн орчин нэмж, шөнийн турш инкубаторт байлгана. Үүний дараа, шарх үүсгэх зорилгоор вакуум сорогчид тааруулсан пипетканы үзүүр ашиглана. Таглах/цахилгаанаар өдөөх шат (улаан): Шарх үүсгэсний дараа үндсэн тэжээлийн орчныг соруулж аван, микро-шингэний наалдамхай хуудасны дээд хамгаалалтын давхаргыг салгана. Дараа нь микро-шингэний тагийг тавьж, сувгууд болон холбох савуудад тэжээлийн орчинг нэмнэ. Цахилгаан орон үүсгэх электродуудыг угсарч, эдгээр электродыг саванд дүрнэ. Эцэст нь тавагны тагийг тавьж, бүтэн системийг инкубаторт суурилуулсан микроскопт байрлуулна. (c) Микро-суваг дахь цахилгаан орны тархалтыг Хязгаарлагдмал Элементийн Шинжилгээгээр (Finite Element Analysis) судалсан. Хар сум нь гүйдлийн чиглэл, хэмжээний мэдээллийг илэрхийлнэ. Дээрх зурагт микро-сувагны хэмжээс болон шархны ердийн хэлбэрийг харуулсан. Улбар шар болон ногоон шугам нь шархны төв дэх цахилгаан орны хүчийг (x болон y чиглэлд) тодорхойлох профайлуудыг харуулав. Доорх графикт эдгээр профайлуудыг хоёр өөр электродын зохион байгуулалтын хувьд дүрсэлжээ. Энд электродод 25 болон 20 μА гүйдэл оруулах замаар сувгийн төв Энхэсэгт ойролцоогоор 200 мВ/мм цахилгаан орон үүсгэсэн байна (нэг чиглэлтэй болон төв рүү чиглэсэн тохиолдолд тус тус). Баруун талд байрлах зурагт бодит төхөөрөмжүүдийг үзүүлсэн бөгөөд жижиг график зургууд нь гүйдлийн чиглэлийг харуулна. Шар X тэмдэглэгээ нь нээлттэй савнаас хаалттай микро-суваг руу гүйдэл орж байгааг, шар цэг нь микро-сувгаас гарч буцаад савруу орж байгааг илэрхийлнэ.
Судалгааны Хураангуй
Арьсны гэмтэл үүсэх үед хүний биед байгалийн цахилгаан орон үүсч, эсийн нөхөн төлжилтийг зохицуулах дохио үүсгэдэг. Гэвч өвчлөлийн улмаас энэхүү тогтмол гүйдлийн урсгалд алдагдал гардаг. Энэхүү судалгаанд хүний арьсны хамгийн түгээмэл эс болох кератиноцитуудыг ашиглан эрүүл болон чихрийн шижинтэй хүмүүсийн эсийн загвар дээр тогтмол цахилгаан гүйдлээр үйлчилж in vitro орчинд нөлөөг нь судалсан байна.
Металл бус электрод болон нарийн боловсруулсан микро-шингэний технологийг ашиглан бүтээсэн биоэлектрон платформоор 12 цагийн тогтмол гүйдлийн нөлөөг судалжээ. Нэг чиглэлтэй цахилгаан орон, хуурамч төвлөрсөн цахилгаан орон гэсэн хоёр аргыг харьцуулсан бөгөөд нэг чиглэлтэй арга нь эсийн нөхөн төлжилтийг илүү үр дүнтэй сайжруулж байгааг тогтоожээ.
Судалгааны үр дүнд, цахилгаан орны нөлөөнд байсан эрүүл болон чихрийн шижинтэй хүмүүсийн эсүүдийн шархны хаалтын хурд гурав дахин нэмэгдэж, эрүүл эсийн нөхөн төлжих хурдад (3.5% цаг−1) дөхсөн байна. Энэхүү үр дүн нь цахилгааныг зохистой хэрэглэх нь шархны эдгэрэлтийг хурдасгах боломжтойг харуулж байгаа бөгөө in vivo орчинд хэрэглэхэд тохиромжтой электродын загвар боловсруулах суурь судалгаа болох юм.
Эх сурвалж:
Shaner, S., Savelyeva, A., Kvartuh, A., Jedrusik, N., Matter, L., Leal, J., & Asplund, M. (2023). Bioelectronic Microfluidic wound healing: A platform for investigating direct current stimulation of injured cell collectives. Lab on a Chip, 23(6), 1531–1546. https://doi.org/10.1039/d2lc01045c
Мэдээллийн эх бэлтгэсэн:
Физик Технологийн Хүрээлэн
Цацрагийн биофизикийн лаборатори
Б.Хансэцэн (B.Sc), Р.Хоролжав, Т. Бадамхатан (Ph.D) нар