Microelasticity of red blood cells in sickle cell disease

Abstract

Translation of cellular mechanics findings is crucial in many diseases, including Alzheimer's disease, Parkinson's disease, type II diabetes, malaria, sickle cell disease, and cancer. Atomic force microscopy (AFM) is appropriate for measuring mechanical properties of living and fixed cells due to its high force sensitivity and its ability to measure local and overall properties of individual cells under physiological conditions. A systemic forcedisplacement curve analysis is reported on the quantification of material stiffness via AFM using two theoretical models derived from the Hertz model. This analysis was applied to red blood cells from patients with sickle cell disease to determine the Young's modulus of these cells in the oxygenated and deoxygenated state. Sickle cell disease pathophysiology is a consequence of the polymerization of sickle hemoglobin in red blood cells upon partial deoxygenation and the impaired flow of these cells in the microcirculation. A model is presented for a four-sided pyramidal indenter that is subsequently shown to have a better fit to the obtained data than that using a model of a parabolic indenter. It is concluded that deoxygenation and therapeutic treatment have a significant impact on the stiffness. This analysis presents a new approach to addressing medical disorders.

Атомно-Силовая Микроскопия Набухания И Упрочнения Закрепленных На Подложке Интактных Эритроцитов

“…Такой подход позволяет сделать объекты тверже, жестко закрепить их на подложке и суще-ственно облегчает АСМ измерения, но закрывает до-ступ к свойствам, присущим только живым клеткам. Лишь небольшая часть работ посвящена АСМ изучению интактных эритроцитов в физиологически адекватных условиях [5][6][7][8].Для АСМ измерений принципиально необходимо оса-дить клетки из физиологического раствора (ФР) на твердую подложку. Прикреплению эритроцитов спо-собствует тонкий слой полилизина на подложке [5][6][7][8].…”

“…Лишь небольшая часть работ посвящена АСМ изучению интактных эритроцитов в физиологически адекватных условиях [5][6][7][8].…”

“…Такой подход позволяет сделать объекты тверже, жестко закрепить их на подложке и суще-ственно облегчает АСМ измерения, но закрывает до-ступ к свойствам, присущим только живым клеткам. Лишь небольшая часть работ посвящена АСМ изучению интактных эритроцитов в физиологически адекватных условиях [5][6][7][8].…”

“…Прикреплению эритроцитов спо-собствует тонкий слой полилизина на подложке [5][6][7][8]. В работах [6-8] сравнивался модуль Юнга интактных эритроцитов от людей, здоровых и имеющих различ-ные патологии.…”

“…Прикреплению эритроцитов спо-собствует тонкий слой полилизина на подложке [5][6][7][8]. В работах [6][7][8] сравнивался модуль Юнга интактных эритроцитов от людей, здоровых и имеющих различ-ные патологии. Докладывалось, что сахарный диабет и серповидно-клеточная анемия сопровождаются увели-чением среднего модуля Юнга клеток.…”