Tieteelliset ja teknologiset uutiset

Kun punasolut kulkevat oikoteitä 🔀

Ranskalais-amerikkalainen tiimi on osoittanut, että mikroverenkierron verkostossa osa punasoluista voi kulkea odottamattomia reittejä siirtyäkseen yhdestä pisteestä toiseen. Tämä kokeellinen havainto pitäisi johtaa tarkempaan mallintamiseen hapetuksen mekanismeista, mutta myös solutoiminnan jätteiden poistamisesta verenkierron sisällä.


Mikroverenkierron verkosto on keskeinen paikka veren ja elinten välisille vaihdoille: ravintoaineita, hengityskaasuja ja aineenvaihdunnan jätteitä siirretään viereisiin soluihin tai niistä.

Tässä tiheässä ja redundanteissa verisuoniverkostoissa, joiden halkaisija on lähellä kiertävien solujen kokoa, kuten punasolujen ja valkosolujen, fysikaalis-kemialliset vuorovaikutukset ovat moninaiset. Merkittäviä virtausnopeuden ja kiertävien elementtien oleskeluajan vaihteluita havaitaan in vivo, ilman että on vielä ymmärretty, millä mekanismeilla nämä vaihtelut tapahtuvat.

Punasolujen epätasaisen jakautumisen vuoksi verisuonissa ne aiheuttavat erityisiä virtauslakeja, jotka liittyvät häviöön verisuonissa tai punasolujen ja plasman erottumiseen haarautumiskohdissa.

Näitä käyttäytymismalleja on tutkittu teoreettisesti monien vuosien ajan, ja ne toimivat nykyisten mallien perustana, joiden tavoitteena on ennustaa punasolujen ja plasman liuenneiden molekyylien jakautumista verkostossa. Yksinkertaisten nesteiden virtausta analogisesti ajatellen, usein oletetaan, että verkoston sisään tuleva virtaus, joka syntyy vakio-olosuhteista, olisi ainutlaatuinen ja pysyvä.

Kuitenkin viime vuosina syvemmät teoreettiset tutkimukset ovat osoittaneet mahdollisuuden monimutkaisemmasta todellisuudesta, joka johtuu mallien voimakkaasta ei-lineaarisuudesta, jossa useita virtausrežiimejä voi esiintyä (ja seurata toisiaan satunnaisesti) samoissa vakio-olosuhteissa verkoston sisäänkäynnissä.


Äskettäin tehdyn työn myötä Laboratoire Interdisciplinaire de Physique (LIPhy, CNRS / Université Grenoble Alpes) ja Laboratoire Rhéologie et Procédés (LRP, CNRS / Université Grenoble Alpes) tutkijat ovat kehittäneet in vitro -kokeen, joka tuo esiin nämä useat virtausratkaisut, joiden välillä järjestelmä värähtelee spontaanisti.

Näissä virtauskonfiguraatioissa merkittävä osa punasoluista ja nesteestä ohjautuu poikittaisiin kanaviin päävirtaus suunnassa, mikä pidentää merkittävästi niiden oleskeluaikaa verkostossa.

Nämä havainnot, joita tukevat heidän amerikkalaisten kollegoidensa J. Geddesin (Olin College) ja N. Karstin (Babson College) kehittämä mallinnus, osoittavat, että tulevissa mallinnuksissa on tarpeen ottaa huomioon tämä veren virtaamisen sisäinen epävakaus kapillaariverkostossa, jopa ei-patologisissa tilanteissa, sillä tämä siirtyminen eri hydrodynaamisten virtausten välillä voi kytkeytyä moniin häiritseviin ilmiöihin, jotka liittyvät tähän ympäristöön: tukokset, valkosolujen kulku, verisuonten laajentuminen jne. Nämä tulokset on julkaistu lehdessä Physical Review Fluids.

Viite
Spatio-temporal instabilities of blood flow in a model capillary network.
Mathieu Alonzo, Nathaniel J. Karst, Thomas Podgorski, John B. Geddes, ja Gwennou Coupier.
Physical Review Fluids, julkaistu 22. lokakuuta 2024.
Doi: 10.1103/PhysRevFluids.9.104401
Avoin arkisto: arXiv