機械的疲労時の成熟ヒト赤血球の表面積と膜せん断弾性率の変化

Scientific Reports volume 13、記事番号: 8563 (2023) この記事を引用

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赤血球（RBC）の機械的特性は老化中に変化し、血行動態の重要な細胞機械的環境を提供することで循環系における数多くの生理学的または病理学的プロセスをサポートします。しかし、老化と赤血球の性質の変化に関する定量的研究はほとんど不足しています。ここでは、in vitro 機械疲労モデルを使用して、加齢に伴う単一 RBC の形態学的変化、軟化または硬化を調査します。マイクロチューブを備えたマイクロ流体システムを使用すると、RBC は突然の収縮領域に出入りする際に、伸縮と弛緩を繰り返します。健康なヒト赤血球の幾何学的パラメータと機械的特性は、機械的負荷サイクルごとに体系的に特徴付けられます。我々の実験結果では、機械的疲労時の赤血球の 3 つの典型的な形状変化が特定されており、これらはすべて表面積の損失と強く関連しています。我々は、機械的疲労時の単一赤血球の表面積と膜せん断弾性率の変化に関する数学的モデルを構築し、赤血球の老化状態を評価するためのアンサンブルパラメータを定量的に開発しました。この研究は、赤血球の機械的挙動を調査するための新しい in vitro 疲労モデルを提供するだけでなく、個々の赤血球を定量的に区別するための年齢および固有の物理的特性に密接に関連する指標も提供します。

哺乳類において、赤血球 (RBC) は、さまざまなサイズの循環血管や狭い隙間を継続的に移動しながら、生存条件を維持するための最も重要な細胞の 1 つです。ヒト赤血球の典型的な寿命である 120 日の間に、細胞の老化に伴って幾何学的および機械的特性が変化し 1,2,3 、さまざまな疾患の診断に役立つ生物物理学的表現型を示します 4,5。有核細胞の老化とは異なり、RBC には核がないため、細胞の老化に対して独特の制御を示します。 RBC は、微小血管系およびサブミクロンの脾臓内皮間スリット (IES) を繰り返し圧迫し、大血管系を横断する際に、大きな弾性伸縮と弛緩による重要な機械的サイクリングを受けます 6。赤血球生物学における最も重要な問題の 1 つとして、赤血球の老化に対する機械的疲労の影響は定量的には解明されていません。

細胞の老化中に、RBC は部分的に膜を脱落し、その形態がカップ型から安定した円盤状の両凹型に変化します 7。赤血球は、微小胞を生成し 8,9 、細胞容積を調節して 10 、機械的疲労や酸化ストレスによる膜損傷を含む細胞損傷を除去することで、長期循環中に最適な細胞形状を維持します 3。若い赤血球と老化した赤血球を比較する物理的特徴の分析 1、2、11 では、細胞年齢のマーカーとして同位体、ビオチン、または糖化ヘモグロビン (HbA1c) 標識が使用され 11、12 、細胞の老化に伴って体積と表面積が単調に減少することが裏付けられています。しかし、細胞老化中の膜せん断弾性率の変化に関する観察は、Sutera ら 13 が in vivo での細胞老化中に赤血球膜の弾性率の有意な増加を観察したのに対し、Li ら 14 は網状赤血球がより硬いと述べたことと一致していない。成熟した赤血球よりも。

核と mRNA が欠如しているため、RBC は主に機械的微小環境に受動的に応答するため、その寿命中に RBC が機械的刺激にさらされることが重要であることは間違いありません。脾臓における機械的負荷が赤血球の生物学において重要な役割を果たしていることが注目されています。脾臓に特異的なIES構造は、網赤血球小器官の除去によって成熟を促進するだけでなく15、膜せん断弾性率の変化、形状変化5、7、15、老化または病気の赤血球の除去にも寄与します15、16、17。ここで、典型的に長さ0.65μm、高さ2〜3μmのIESを通過する赤血球を伴う脾臓の流れは、その小胞形成の重要な特徴である。これは、骨格と膜の結合密度が、非常に狭いスリットを備えた機械的サイクリング下では減少しやすいためである18。これは、生体内で健康な個人のものと比較して、脾臓疾患のある個人の赤血球小胞形成の小胞ではより多くのヘモグロビン損失が見られるという発見によって裏付けられています19。さらに、遺伝性球状赤血球症などの血液疾患では、脂質二重層と細胞骨格間の粘着力の弱化により、脾臓の周期的負荷がかかると、RBC の表面積の損失率が増加します 17。したがって、赤血球の寿命における機械的刺激の標準的なルーチンとしての微小毛細血管と狭い内腔を通る機械的循環は、赤血球の成熟と老化の基礎となる機械的原理に関係しています。したがって、赤血球の老化プロセスに関連して、機械的サイクリングに伴う単一赤血球の表面積と膜せん断弾性率の定量的変化を理解するには、さらなる研究が必要です。

RBC の機械的特性の変化に関する最近の研究では、in vitro での細胞老化を促進するための典型的な負荷として機械的サイクリングが採用されており、さまざまなそのようなモデルがテストされました。単純なモデルでは、\(3\times 4\) μm2 の断面積を持つ長方形のマイクロチャネルを使用しました。ここで、単一の RBC の変形能の低下は、Taylor パラメーターを使用して大まかに推定されました 20。マイクロ流体技術で作製された IES 模倣チャネルが循環赤血球用に設定され、赤血球プロファイルの変化とその変形性が評価されました 21。振幅変調電気変形は、低酸素およびATP枯渇下でのRBCの機械的疲労を研究するために、RBCの繰り返しの機械的刺激にも使用されました22、23、24。機械的サイクリングプロセス中に細胞の幾何学的特徴（サイズ、表面積、体積など）を機械的特性（膜せん断弾性率など）とは別に正確に特徴付けるには、より適切なモデルを確立する必要があります。

機械的サイクリング中の単一 RBC の幾何学的特徴と膜剛性の変化を測定するために、単一 RBC の機械的サイクリングをシミュレートするマイクロ流体工学方法を提案します。内径約 3 μm のマイクロチューブを、可逆的な圧力制御を備えた油圧システムに接続しました。赤血球は、マイクロチューブを介してリザーバーから突然の収縮に出入りし、そこで赤血球は脾臓スリット内と同様の制限疲労状態を経験します。健康なヒト赤血球の形態学的特性 (主にカップ型および両凹型 RBC)、幾何学的パラメーター (表面積、体積)、および機械的特性 (膜せん断弾性率) が正確に測定され、細胞の機械的サイクルごとに即座に記録されます。本方法では、サイクリング中の面積損失を観察し、疲労下での RBC の 3 つの典型的な形状遷移を明確に特定しました。我々は、機械的サイクリング中の単一赤血球の表面積とせん断弾性率の変化を研究するための数学的モデルを開発しました。これらのモデルは、表面積の損失と剛性の変化を特徴とする、赤血球の老化プロセスの根底にあるメカニズムについての洞察を提供します。さらに、個々の赤血球の健康状態を細胞レベルで評価するための新しい生物物理学的マーカーとしてアンサンブルパラメータを定義しました。このパラメータは、臨床現場で赤血球関連疾患の診断に利用できる可能性があります。

我々は、in vitro 単一 RBC 機械的サイクリングモデルを開発しました (図 1a)。マイクロ流体工学を使用した以前のモデルは、断面に滑らかな遷移領域を備えた収束発散チャネルで構成されたり、振幅変調電極の電場を使用して付着性赤血球に周期的な引張荷重を適用したりするマイクロ流体工学を使用した以前のモデル22とは対照的に、約 3.0 の管状チャネルです。直径 –3.2 μm は、RBC の懸濁液が入った大きなチャンバーに浸されます。三方電動バルブを介して管状チャネルを異なる高さの 2 つの液柱に接続することにより、チャネル内の流れの駆動圧力は、チャンバー内の圧力より高いまたは低い 2 つの異なる静水圧の間でシフト可能です (図 1a)。）。コンパイルされたプログラムでチャネル内の圧力を制御することにより、単一の赤血球は、水圧下の流体の流れでマイクロチャネルに吸引またはマイクロチャネルから押し出される間に、突然の収縮とその後の膨張と弛緩を繰り返し経験します（図1b）。単一の赤血球に対するこの in vitro 機械的サイクリングモデルを使用すると、生体内での RBC の最も深刻な機械的疲労プロセスを模倣できるだけでなく、各ラウンド中の各 RBC の表面積、体積、膜せん断弾性率の変化を測定することもできました。サイクリング。

微小管状チャネルを使用した単一 RBC の in vitro 機械的サイクリングモデル。 (a) 実験のセットアップ。大きなチャンバー内に浸漬された管状チャネルは、電気バルブを介して 2 つの異なる静水圧源に接続されています。細胞の画像は、顕微鏡に取り付けられた CMOS カメラで取得および記録されます。実験システムはコンピュータプログラムによって制御されます。動的測定の対象領域は、変形した細胞の定常的に移動する領域です。 (b) 突然の収縮と膨張によりマイクロチューブに押し込まれたり、マイクロチューブから押し出されたりする赤血球の連続画像。上の部分は吸引プロセスを示し、下の部分は赤血球の排出と弛緩を示しています。スケールバーは10μmです。 (c) 内径 3 μm のマイクロチャネルに出入りする RBC のシミュレーション。色は、機械的サイクリング中に変形した膜にかかる膜力密度の等高線を示します。 (d) 機械的サイクリング中の変形した膜に沿った膜力密度の分布。

管状チャネルの直径は、微小循環や脾臓の IES における最小の毛細管の特徴的なサイズを模倣し、単一チャネルの表面積、細胞体積、および膜せん断弾性率を測定するために 3.0 ～ 3.2 μm の範囲内に収まるように最適化されています。機械的疲労の各サイクル中に正確に赤血球を測定します。マイクロチューブ内の赤血球のレイノルズ数は約 0.02 でした。サイクリングの吸引中に陰圧下でマイクロチューブ内を定常的に変形して移動する各単一細胞の画像を使用し、定常的に移動する領域の低レイノルズ数流下で変形した赤血球が軸対称であると仮定すると、細胞の表面積と体積が計算されます。ＲＢＣは、変形した細胞プロファイルの離散化されたセグメント化から統合された。すなわち、表面積（Ａ）および体積（Ｖ）は、それぞれ基本錐体の表面積と体積の合計として取得された。提案されたマイクロ流体法とマイクロピペット吸引法の両方を使用して、表面積、体積、膜せん断弾性率を測定することにより、多くの赤血球に対して1対1の比較実験を実行しました。まず、定常状態領域における細胞の変形プロファイルが記録されるまで、1 つの細胞をマイクロチューブに吸引しました。次に、圧力差を変化させることにより、赤血球がマイクロチューブからチャンバー内に排出されました。第三に、同じ赤血球を 1.8 μm ピペットを使用して吸引し、赤血球の表面積、細胞体積、および膜せん断弾性率を測定しました。直径が 3.0 ～ 3.2 μm の範囲の管状チャネルを使用すると、標準的なマイクロピペット吸引法を使用した場合と比較して、A と V の誤差がそれぞれ 2% と 9% 未満であることがわかりました。また、マイクロチューブ内を移動する定常的に変形した細胞の連続画像を使用して、定常的に変形した細胞の長さ (L) と細胞の運動速度 (\({u}_{c}\)) を計算しました。チューブの直径 (D)、および同じ負圧下で細胞のないチャネル内の流体速度 (\({u}_{0}\)) を組み合わせて、機械学習手法を使用して膜を予測しました。赤血球のせん断弾性率 (\({E}_{s}\))。この研究では、バックプロパゲーション (BP) アルゴリズムでトレーニングされたニューラルネットワーク手法を利用しました。実験で観察された幾何学的パラメーターと動的パラメーターからせん断弾性率を抽出するために 3 層の BP ネットワークが採用されました。

本研究では、機械的サイクリング中の各変形赤血球の連続画像を、二重鏡を備えた60×対物レンズ（U Planスーパーアポクロマート; 60×1.35 NA開口数）を使用した明視野顕微鏡下で取得し、CMOSカメラを使用して記録した（ Phantom 410L、Vision Research）、図 1a、b に示すとおり。カメラは 200 フレーム/秒 (fps) で動作し、露光時間は 1 ms、イメージング解像度は 250 nm、ピクセルサイズは 0.167 μm です。内径 3.0 ～ 3.2 μm の管状チャネルをピペットプーラー (P-97、Sutter Instrument) およびマイクロフォージ (Narishige、MF-830) によって製造し、1% BSA-PBS 溶液で満たしました。使用前に。マイクロマニピュレーター (Eppendorf、TransferMan 4r) を使用して、チャネルをナノメートルレベルで正確に保持し、移動させました。厚さ 2 mm、長さおよび幅がセンチメートル範囲のチャンバーを準備し、希釈 RBC 懸濁液のリザーバーとして倒立顕微鏡 (Olympus、IX73) のステージ上に置きました。チャンバーの上部と下部は厚さ 0.16 mm のカバースリップであり、硬化シリコン (PDMS、ポリジメチルシロキサン) が底部のカバースリップの両側の支持構造として使用されています。チャンバーはＰＢＳに懸濁されたＲＢＣで満たされており、ＲＢＣの体積分率は約０．０１％であった。液体の表面張力により、チャンバー内に液体を安定に保管することができる。チャンバーは上下とも密閉されており、側面の小さな領域のみが空気にさらされていました。半密閉構造により、タンパク質含有量の蒸発や変化を防ぎます。

赤血球の機械的サイクリングは、マイクロマニピュレーターを使用して単一の赤血球に接近した後、最初に管状チャネルを陰圧 (Pn = − 847 Pa) に接続することによって実行されました。 1つの細胞がマイクロチューブに吸引され、マイクロチューブを通って流れる間、陰圧は6秒間維持され、チャンバーからマイクロチューブへの突然の収縮後にチューブ内のRBCの着実に変形したプロファイルが形成されます（図1b）。次に、三方弁を切り替えてマイクロチューブ内の水圧を陰圧から陽圧（Pp = 480 Pa）に切り替え、その圧力を12秒間保持し、その間に着実に変形したRBCを体内に戻しました。突然の膨張後にマイクロチューブからチャンバーを取り出します（図1b）。マイクロチューブから排出された後、RBC は周囲の液体の粘性効果によって変形エネルギーを減衰させながら、変形した形状から応力のないプロファイルに回復するのに時間がかかります (図 1b)。現在の機械的サイクリングモデルにおける 18 秒の完全な 1 ラウンドの間に、各 RBC は吸引のためにチューブの入口領域で約 2 秒かかり、マイクロチューブ内で着実に変形して移動するのに約 4 秒かかり、マイクロチューブ内に排出されるのに約 4 秒かかります。チャンバーをチューブから取り出し、次のサイクリングラウンドまでに回復するのに約 8 秒かかります。私たちの実験では、圧力勾配は約 1 Pa/μm であり、IES の生理学的状態と同様です。微小毛細管内の RBC 速度は約 500 μm/s で、毛細管内の実際の速度と同様です。

直径 3 \(\mathrm{\μ m}\) のマイクロチューブに出入りする単一の RBC の数値シミュレーションは、Wang et で説明されている浸漬境界法を使用した機械的サイクリング中の膜応力分布を示します (図 1c、d)。 al.25およびJingら.26。図1dのシミュレーション結果に示すように、生体内で脾臓スリットを通過するか、生体外でマイクロチューブを通過すると、赤血球膜は頭から尾まで完全に1ラウンドの応力変化を経験します。スリットまたはチューブの入口付近（図 1d の s = 0）では、膜に沿った応力分布の勾配が最も大きくなることがよくありますが、変形したセルの先頭または尾部の膜にかかる応力は次のように最も集中します。図1cに示されています。赤血球の膜は、現在の疲労モデルを使用すると、細胞がマイクロチューブに吸引および押し出される間に 1 回のサイクルで 2 倍の応力変動を受けますが、IES を一方向に通過する細胞の応力と比較して、細胞には追加または異なる応力がかかりません。数値シミュレーションで定量的に示されるように、細胞を吸引または押し出す際の膜応力の分布は、前端から後端までの差が無視できる程度でほぼ同一であるため、膜が作成されます。 RBC は、サイクル中にランダムに異なる方向に繰り返し微小管に引き込まれます。これは、膜内の欠陥が応力プロセスにランダムに反応する可能性があることを意味します。

他のマイクロ流体デバイス20と比較した主な違いは、マイクロチューブを使用すると、試験対象の細胞の膜上の応力分布が軸対称であることです。研究者は、長方形のチャネルを備えた従来のマイクロフルイディクスを使用すると、特に細胞が通過するために狭いスリットが設定されている場合、チャネルの断面の四隅近くの細胞膜にかかる応力が顕著な応力集中を引き起こすことを無視し、余分な応力が発生する可能性があります。長方形のチャネルのコーナー付近の応力集中。長方形のチャネルを備えたマイクロフルイディクスの代わりにマイクロチューブを備えた現在のセットアップを使用することの主な利点の 1 つは、テスト対象の細胞の経路がマイクロチューブの入口で単純であるため、この重要な開口部での圧力勾配を正確に固定できることです。約 1 Pa/μm で IES の生理的状態に似ていますが、マイクロ流体チャネルのスリットにおけるこの生理的圧力勾配は、多くの場合修正が困難です。これは、チャネル内の流れ方向に沿って、さまざまなコネクタからの圧力損失の変動が避けられないためです。細胞が重要なスリットに到達するまでの複雑な構造。マイクロチューブを使用するもう 1 つの利点は、軸対称の仮定の下で変形した細胞の画像に基づいて、疲労の各サイクル中に赤血球の表面積と体積を正確に測定できることです。

現在の単純な in vitro モデルの限界には、顕微鏡下で視覚化するための強い光の下では、チャンバーの熱効果と ATP 枯渇により、実験の 2 時間後に RBC の機械的特性が大幅に変化する可能性があることが含まれます。私たちのモデルの約 200 サイクルは、RBC 老化のプロセス全体を完全に再現するには十分ではないことに注意してください。それにもかかわらず、私たちのモデルは、赤血球老化の初期段階における機械的特性の変化の主な特徴を評価できます。

細胞パラメーターを測定するために、バックグラウンド減算法を使用して RBC 輪郭を特定しました。細胞が動いていないマイクロチューブの画像を背景画像として選択しました。閾値処理を使用して、移動ターゲットの検出には無関係な、静止した背景領域に残るノイズを除去しました。着実に変形した細胞の長さ (L) は RBC 輪郭によって計算され、細胞の速度 (\({u}_{c}\)) は経時的な細胞中心の変位として計算されました。

定常状態領域の低レイノルズ数の流れの下で変形した赤血球は軸対称であると仮定しました。したがって、赤血球の表面積と体積は細胞の輪郭に従って決定されました。つまり、表面積 (A) と体積 (V) は、それぞれ次のように基本円錐の表面積と体積の合計です。

ここで、\({D}_{left}\) と \({D}_{right}\) はそれぞれ左側と右側の錐台の直径、\(h\) は離散化された錐台の厚さです。円錐台。

平均年齢 27 歳 (23 ～ 31 歳の範囲) の健康な成人ボランティアからの血液が、インフォームドコンセントの下、指刺しを使用して収集されました。血液を、1% (w/v) ウシ血清アルブミン (BSA; Sigma-Aldrich) は、他のセルやデバイスの壁への付着を防ぎます。すべての血液サンプルは実験前に 4 °C で保存され、サンプルが指から採取されてから 12 時間以内に検査されました。

すべての方法は関連するガイドラインおよび規制に従って実行され、すべての参加者からインフォームドコンセントが得られました。すべての実験は、上海交通大学の科学技術倫理委員会によって事前に承認されました。

実験中、RBC を負荷サイクル数の関数として個別に追跡しました。統計分析は、SPSS ソフトウェア (IBM SPSS Statistics 22、米国) を使用して実行されました。 p 値と相関係数 r は、同じセルの異なる物理パラメータと負荷サイクルの間の両側ピアソン相関検定によって計算されました。物理パラメータと負荷サイクルの一変量の関連性をテストするために一変量線形相関分析が実行され、0.05 未満の p 値は統計的に有意であるとみなされました。

得られた今回の実験データでは、赤血球は数人の健康な成人ドナーの指先の血液から得られました。顕微鏡で観察したところ、円盤状の両凹型の赤血球が最も多く、カップ型の細胞が残りのほとんどを占めており、有棘赤血球などの珍しい形状の赤血球はほとんど存在していませんでした。両凹型およびカップ型の RBC の平均パーセンテージは、それぞれ 68.3% と 31.7% です。カップ型細胞の数は、健康なドナーからの網赤血球の数（通常、正常な状態の全赤血球の 0.2 ～ 2% の範囲）よりもはるかに多いため、カップ型赤血球は主に成熟したものであると考えられます。円盤状の両凹形状の RBC よりも体積に対する表面積の比率が少し大きい赤血球。この機械的サイクリングモデルは機械的疲労をシミュレートし、in vitroでカップ型と両凹型のRBC間の安定した形状の遷移を観察することを可能にします（図2）。初期形状と、数百回の機械的サイクル後に達成される安定した形態に基づいて、RBC の形状変化は 3 つのカテゴリに分類されます。これらは、カップ型からカップ型（C-C と表記）への変化であり、RBC は機械的サイクリング中にカップ型を維持しますが、表面積の減少に伴って凹面の高さが徐々に減少します。赤血球のプロファイルが初期のカップ型から両凹型に移行するカップ型から両凹円板細胞への変化（C-D）と、赤血球が円板状を保持する円板細胞から円板細胞への変化（D-D）両凹形状ですが、細胞の表面積が減少するにつれて細胞の球形度は着実に増加します。

機械的サイクリング中の RBC の典型的な形状遷移。画像は、負荷サイクルによる単一の RBC の形状変化を示しています (n = 0、n \(\おおよそ\) 80、n \(\おおよそ\) 160)。 C-C シーケンスでは、形状はカップ形状を維持します (上は平面図、下は側面図)。 C–D シーケンスでは、サイクル数 n = 0 および 80 付近 (n \(\おおよそ\) 80) では形状はカップスタイルを維持しますが、n がサイクル n \(\おおよそ\) 160 に近づくと両凹に移行します。 (上は平面図、下は側面図)。 D-D シーケンスでは、形状は両凹形状を維持します (上は平面図、下は側面図)。スケールバー、5 μm。

平均して、カップ型の細胞は円盤状の両凹型の細胞よりも体積に対する表面積の比が大きく、赤血球の表面積は赤血球の老化中に単調に減少することが多いため 2、我々の in vitro 機械的疲労試験からの現在の実験データは、機械的疲労が機械的疲労を引き起こすことを示唆しています。エージングプロセス中に形状はカップ型から両凹型に一方向に変化します。 D ～ D グループの赤血球は、健康な人から採取されたすべての赤血球の中で最も大きな割合を占めます。

表面積 (A)、体積 (V)、膜せん断弾性率 (\({E}_{s}\)) などの各 RBC の機械的特性が推定され、機械的サイクリング中の各サイクルで記録されました。図 3 に示すように、細胞表面積 (図 3a) と体積 (図 3b) はサイクル時間とともに直線的に減少します。 \(\mathrm{Sw}=3\mathrm{V}/4\pi {R}^{3}\) として定義された膨潤率を使用します。ここで、\(\mathrm{R}=\sqrt{A/4\)細胞の球形度の場合は pi }\)（つまり、球の場合は \(\mathrm{Sw}=1.0\）、円板状の両凹プロファイルを持つ典型的な健康な RBC の場合は \(\mathrm{Sw}=0.64\））、図 3c は次のことを示します。表面積に対する細胞体積の変化（dV/dA）は一定に維持される一方で、機械的サイクリング中に表面積の減少に伴って赤血球が丸くなる傾向があることがわかりました（図3d）。小胞形成は、細胞老化中の膜損失の主な症状です 8,27。脱落した小胞は通常 50 ～ 100 nm のサイズを持ち、表面張力効果により球形の粒子として見えます。図3dの挿入図は、表面積の損失に対する体積の変化の参照を示しています。つまり、赤血球がサイクリング中に直径0.05μmまたは1.0μmの球状小胞によってのみ細胞体積を失っている場合、体積と表面の関係小胞が脱落した後の領域は、それぞれ 0.05 μm または 1.0 μm でマークされた線と平行である必要があります。図3dの表面積に対する体積の傾きと比較すると、機械的サイクリング中のRBCの体積損失は、脱落した小胞によってカプセル化されたものよりも大幅に大きく、これは、機械的サイクリング中の膜の損失により、RBCがその体積を調節することを示しています。優れた変形能を維持するためにより多くの細胞質を失い、より大きな余剰表面積を残すことで両凹形状を維持するための形態。

機械的サイクリング中のさまざまな RBC の機械的特性の典型的な変化。表面積（a）、細胞体積（b）、膨潤率（c）、およびサイクルに伴う体積と表面積の比（d）の変化。 (d) の三角形の斜線は、表面積に対する体積の比率を表し、50 または 1000 nm の球状小胞による体積損失が考慮されています (上の線: 0.05 μm、中央の線: 1 μm、下の線: 今回の実験結果)サイクリング中）。

表面積と体積は機械的サイクル中に単調に減少しますが、膜せん断弾性率の変化は、RBC の形状変形に明らかに依存します。マイクロチューブを用いた in vitro 疲労モデルを使用して、カップ型および両凹型の赤血球の老化プロセスをさらに 3 つの異なるグループに分類します。疲労時のセルの硬化は両凹型セルでは単調ですが、カップ型セルは応力緩和サイクルを約 200 回繰り返した後、初期形状プロファイルと最終形状プロファイルに応じて軟化または安定化する可能性があることがわかりました。細いマイクロチューブ。図4に示すように、これらのRBCのせん断弾性率は、機械的サイクリング中にC-Cでマークされたカップ形状を維持すると明らかに減少します（図4a）。これらのRBCのせん断弾性率はわずかに減少しますが、カップ形状からCDとしてマークされた円板細胞に変形する間はほぼ一定に維持されます（図4b）。剪断弾性率は、サイクリング中に両凹形状を維持する赤血球の機械的サイクリング中に大きな散乱とともに増加します（図4c）。私たちの知る限り、これは、機械的サイクリングモデルを利用して、赤血球の硬さがカップ型から両凹型まで、機械的疲労によって引き起こされる細胞老化のさまざまな段階にわたって変化することを明らかにした最初の結果です。

形状変形の異なるグループにおける機械的サイクリング中の膜せん断弾性率の変化（平均±標準誤差）。ここで、（a）C–Cはカップ形状に残っているRBCを示し、（b）カップ形状から円板形状への変形を示すC–D (c) 円板状に残っている赤血球の場合は D-D。挿入図は、サイクリング中のさまざまなグループの典型的な形態変化を示しています。

赤血球の機械的特性に関するさらに詳細な相関分析が図5に示されており、細胞体積は機械的サイクリング前の初期（図5a）だけでなく、サイクリング中の任意の時点（図3d）でも表面積と密接に関連していることがわかります。。今回の研究で測定されたすべての機械的特性の中で、RBC の表面積 A が、機械的サイクリング中の細胞老化の重要な指標として選択されました。これは、表面積が細胞の老化に伴って単調に減少するだけでなく 2細胞レベルでの機械的または化学的環境に対する細胞の体積6,10。機械的サイクリングの現在の実験中に取得された表面積 \({A}_{n}\) の時系列のうち、下付き文字 n はサイクリング時間を表し、初期表面積 \({A}_{0}サイクリング前の RBC の \)、\(n=0\) は、平均的な意味で機械的サイクリング前の RBC の現在の年齢を示す重要なパラメーターです。私たちの実験は、初期細胞体積（図 5a）と膜せん断弾性率（図 5b）に加えて、表面積の変化率 \({{A}^{^{\prime}}}_{0} \) とせん断弾性率 \({{E}^{^{\prime}}}_{S0}\) はすべて、初期表面積 \({A}_{0}\) と強い相関があります (図 5c) 、d）も同様です。

赤血球の機械的特性と初期表面積との相関関係。 (a) 機械的サイクル前の初期体積 \({V}_{0}\) の初期表面積 \({A}_{0}\) への分布。 (b) 初期膜せん断弾性率 \({E}_{S0}\) の初期面積 \({A}_{0}\) への分布。 (c) 初期表面積 \({A}_ へのサイクリング中の表面積 \({{A}_{0}}^{\mathrm{^{\prime}}}=dA/dn\) の変化率{0}\)。 (d) 初期表面積に対するサイクリング中のせん断弾性率 \({E}_{s0}^{^{\prime}}=d{E}_{s}/dn\) の変化率 \({ A}_{0}\)。ここで、図中の r と p は、それぞれ座標として選択された変数間の相関係数とその有意性を示します。青、C-C; 緑、C～D。赤、D～D。

今回の研究では 17 個のセルからデータのみを取得しました。そのうち 10 個は最初カップ型であり (そのうち 3 個はカップ型を維持し、7 個はカップ型から両凹型に移行しました)、そのうち 7 個は両凹型を維持しました。機械的サイクル全体にわたって - の形状になります。体積、表面積、初期せん断弾性率の平均と標準偏差は、それぞれ 105.7 \(\pm\) 9.8、143.5 \(\pm\) 11.2、5.8 \(\pm\) 1.5 です。本研究は、単細胞ベースの赤血球機械的疲労サイクルに対する長期的研究であるため、サンプル全体の数のうち 17 は比較的少数ですが、図 1 と図 2 に示すように、サンプル数は 17 です。図 4 と 5 からわかるように、測定された変数の標準偏差は非常に小さく、観察された傾向が信頼できることを示唆しています。

現在の in vitro 機械疲労モデルを使用して各サイクル中に測定された RBC の正確な機械的特性の恩恵を受けて、機械的疲労下での単一 RBC の表面積とせん断弾性率の変化に関する数学的モデルを確立しました。私たちの実験では、各 RBC は室温で 2 時間以内に約 200 サイクルの機械的疲労を受けました。図3aに示すように、この疲労プロセス中に赤血球の表面積は平均して10％減少しました。現在の実験データは、次の 2 つの関連する推定に基づいて、機械的疲労中に赤血球の表面積が指数関数的に減少することを裏付けています。第一に、人体の健康な赤血球は、平均約 120 日の寿命の間に、脾臓の内皮間スリット (IES) を約 1500 回通過します。所要時間は約55秒ですが、末梢血循環の1ラウンド中、脾動脈を通って脾臓に入る動脈血流量はわずか約5％であり、そのうち15％だけが赤髄内で開いたゆっくりとした循環に関与し、独特の構造を通過します。 Henry et al.28 による IES。第二に、赤血球は老化するにつれて、その表面積の約 20% を失う傾向があります。この推定は Waugh らによるものです2。Waugh らは、平均細胞ヘモグロビン濃度 (MCHC) に基づいて若年赤血球と高齢赤血球を分離することにより、若年赤血球の表面積 (MCHC は約 31 g/dL) が約 18% 大きくなることを発見しました。老化した赤血球（MCHC > 37 g/dL）よりも優れています。ここでの「若い」と「高齢の」は、約 120 日の寿命中の赤血球のさまざまな段階を指すことは注目に値します。つまり、今回の実験で行われた200ラウンドの機械的サイクリングの開始時点で、平均して、新たに採取された赤血球は、およそ1500ラウンドのサイクリングを必要とする全老化プロセス中に、すでに消費可能な表面積の半分を失っている。

表面積の減少 \(A\) が機械的サイクリング中に指数関数的減衰に従うと仮定すると、機械的サイクリング n の任意のラウンドにおける表面積は次のように定式化されます。

ここで、 \({A}_{n}\) は、 \(n\) 回目のサイクリング後の赤血球の表面積です。 \({A}_{\infty }\) は、赤血球が寿命の終わりに循環系から除去されるまでに残存する限界の面積であり、赤血球が無限に寿命を終えた後に徐々に減衰する最終表面積です。理論上のサイクル数。一時的なインデックスとしての循環回数 \(n\) に関して、循環前の最初の表面積は \({A}_{0}=a{e}^{-k{n}_{0}} で与えられます。 +{A}_{\infty }\) は、セルの現在のステータスを示します。 \(n=-{n}_{0}\) の場合、つまり、現在の状態 \({A}_{0}\) から細胞が生まれた時点まで赤血球の表面積を追跡できるかどうかを意味します。新しく生まれた細胞の表面積は \({A}_{b}=a+{A}_{\infty }\) になるはずです。したがって、 \(a\) の生物物理学的意味は、単一の赤血球が誕生から死亡までのライフサイクル全体を通じて失う可能性のある総表面積を表していることは明らかです。また \(a{e}^{-k{n }_{0}}\) は、平均的な赤血球が現在の状態以降に失うことになる残りの表面積を表します。 \(k\) は表面積の減衰の係数であり、\(k\) は同じ個体からのすべての赤血球について同一であると仮定します。単一の数学モデル内の複数のパラメータ \(\left({A}_{n},n,a,k, {n}_{0},{A}_{\infty }\right)\) RBC、\({A}_{n}\)、\(n\) は今回の実験から直接測定され、\(k\) と \({A}_{\infty }\) はデータから得られます。 \(a\) と \({n}_{0}\) は明示的に決定できません。ここで、n は連続パラメータであると考えられますが、実験ではサイクルと測定の各ラウンドごとに離散化されます。

現在の数学モデルでは決定論的な生物物理学的意味を持つ複数のパラメータ \(\left(a,k, {n}_{0},{A}_{\infty }\right)\) が利用されていますが、パラメータ行列は困難です細胞の不均一性により、現在の実験データを使用して単一の RBC を明示的に解くことができます。指数関数の性質を利用して、細胞表面の変化率は次のように与えられます。

理論的には、\({{A}^{^{\prime}}}_{n}\)、\({A}_{n}, {A}_{\infty }\) の一連の方程式は次のようになります。サイクリング中の実験データを使用して定式化されます。ただし、連続ラウンド中の実験データで観察された \({{A}^{\mathrm{^{\prime}}}}_{n}\) と \({A}_{n}\) の変動サイクルの変化（図3a）は評価の精度に影響を与えます。これは、セルが変形しているマイクロチャネル内の流体の流れの不安定性と画像処理のエラーの両方に起因します。ここでは、サイクリング中の単一細胞の縦方向の実験データを利用し、局所的な変動を回避するために、次の処理を実行しました。

まず、200 サイクルに沿ってすべての実験データポイントをフィッティングすることにより、単一の RBC の表面積の変化率を計算します。次に、\(<{{A}^{\mathrm{^{\prime}}}}_{n}>\) で示される結果の平均値を初期変化率 \({{A}^) として使用します。 {\mathrm{^{\prime}}}}_{0}\約<{{A}^{\mathrm{^{\prime}}}}_{n}>\)。

表面積は老化プロセス全体にわたって指数関数的に減少すると仮定していますが、今回の in vitro 実験では、各単一の赤血球はその全ライフサイクルの約 10 分の 1 しか経験しません。その結果、変化率は線形仮定に基づいて近似でき、偏差は範囲内に収まります。第 2 に、k の値は特定の個人からのすべての RBC について一定でなければならないと仮定します。これにより、\({A}_{\infty }\) で示される個人からの赤血球の最終表面積が、式 1 を使用して計算できることが保証されます。 (2)、\({A}_{\infty }=({{A}^{^{\prime}}}_{0}+k{A}_{0})/k\) となります。。つまり、\(k\) は最小二乗法を使用して、(\({{A}^{^{\prime}}}_{0}, { A}_{0})\)、図 6a に示すように。このようにして、特定の各個人からのサンプルのグループの \(k\) と、これらのサンプル内の個々の赤血球の \({A}_{\infty ,i}\) を特徴付けることができます。

単一赤血球領域の動態の数学的モデリング。 (a) 単一個人からのすべての赤血球データを (\({{A}^{^{\prime}}}_{0}, {A}_{0})\) の平面で最小二乗フィッティングして \( k\) と \({A}_{\infty }\)。 (b) サイクル数の関数としての \(\gamma\) の変化。 (c) サイクリングテスト中の同じ赤血球の \(\gamma\) の分布。 (d) モデルは、サイクル数の関数として面積縮小に適合し、 \(\gamma\) の異なる値間の細胞面積の比較を行います。散乱点は実験データを表します（（b–d）の青: \(\gamma\) = 4.18; 緑: \(\gamma\)= 3.75; 赤: \(\gamma\)= 3.38。(e) 比較3 つの異なる細胞グループの \(\gamma\) の値。ns は統計において有意性がないことを意味します。

単一の RBC の現在の健康状態を定量的に説明するために、アンサンブルパラメーター \(\gamma\) が式 1 で定義されます。 (3) 式の両辺の自然対数を取ることにより、 (1)。

このパラメーターには、失われる可能性のある表面積 \(a\)、表面積の指数関数的減衰の係数 \(k\)、および現在の循環指数 \({n}_{0}\) が含まれます。各疲労サイクルでの赤血球の実験データを使用して、特定の細胞の \(\gamma\) を \(\gamma =ln\left({A}_{n}-{A}_{\infty }) で推定します。 \right)+kn\) 図 6b に示すように。 \(\gamma\) は測定された \({A}_{n}\) の変動に応じて変動することが観察されます。

入手可能な実験データは、単一の赤血球のアンサンブルパラメーターとして \(\gamma\) の利用を裏付ける証拠を提供します。図6bに示すように、機械的サイクリング中の各セルの \(\gamma\) の中央値は、サイクル数にほとんど依存しないように見えます。さらに、各サイクルでの瞬間的な実験データを使用して計算された \(\gamma\) の過渡値は、図 6c に示すようにガウス分布に準拠します。 \(\gamma\) の中央値を使用すると、機械的疲労中の同じ個人の各赤血球の表面積の減衰を明確に分類できます（図6d）。 3つの異なる形状変換グループの \(\gamma\) 値を比較した後、統計分析では有意な差は示されませんでした（図6e）。現在の実験での測定誤差を考慮すると、我々の結果は、数学的モデルによって決定される単一の赤血球のアンサンブルパラメーター \(\gamma\) が、各細胞の機械的サイクリング挙動間の定量的な区別を提供できることを示しています。

機械的疲労プロセス中の単一の赤血球の膜せん断弾性率の変化は、図4に示すように、3つの異なる細胞形状変形に関連して3つの異なる方法で変化する表面積の単調減衰よりも複雑です。 .5d は、機械的サイクリングの開始時の単一 RBC のせん断弾性率の変化率 \({{E}^{^{\prime}}}_{0}\) がその初期面積と線形相関していることを示しています。、\({A}_{0}\)、として

ここで、\(g\) は線形変化率、\(C\) は定数です。細胞の初期状態から赤血球の現在の状態までの膜せん断弾性率と表面積との間のこの線形相関を一般化し、\(g\) が 1 人の個人のすべての赤血球について一定であると仮定します。としての特徴

等式を計算します。 (1) を (5) に加え、初期条件 \({Es}_{n}={Es}_{0}\) および \({A}_{n}={A}_ で方程式を積分します。 {0}\) \(n=0\) における機械的疲労プロセスに沿った膜せん断弾性率は次のように定式化されます。

ここで、 \(C\) は、セルごとに異なる値を想定する定数です。この膜せん断弾性率の定式化は、指数関数的減衰部分と線形増加部分から構成され、これらが共同して、任意のサイクル時間 \(n\) における機械疲労に対するせん断弾性率の変化を決定します。

式で示されるモデルは、 (6) は、図 5 に示すように、せん断弾性率の変化に関する 3 つの異なる傾向を示しています。これらの傾向は、\({A}_{0}\) と g の 2 つの要素に依存します。 \({A}_{0}<-C/g\) の場合、せん断弾性率は最初に機械的サイクルとともに減少します (\({{Es}^{^{\prime}}}_{0}<0\) ）。逆に、\({A}_{0}>-C/g\) の場合、せん断弾性率は増加します (\({{Es}^{^{\prime}}}_{0}>0\))。 \({A}_{0}=-C/g\) の場合、せん断弾性率は一定のままです (\(Es_{0}^{^{\prime}} = 0\))。せん断弾性率を表面積で表すと、

これには、単一の RBC の機械的疲労プロセス中の形状変形に伴うせん断弾性率の変化が含まれます。

図 7a は、式を示しています。 (6) 実験データは、同じ個体からの複数の赤血球のせん断弾性率の変化率を定数として採用することによって決定された \(g\) に近似します。図7aは、単一のRBCの疲労プロセス中に、その形状プロファイルがカップ形から円盤状に変化する間に膜せん断弾性率が最初に減少し、その後、円盤状の両凹形状を維持するにつれて増加することも示しています。

さまざまな形状変形における膜せん断弾性率の数学的モデル (実線) と実験データ (散乱点) の比較。 (a) 機械的サイクリング中のせん断弾性率の変化。異なる色と線のスタイルは、サイクリングプロセスに関連するさまざまな形状変形を表します。 (b) カップ形状からカップ形状 (ダイヤモンド)、カップ形状から円盤状両凹形状 (正方形)、および円盤状両凹へのサイクリング中の異なる形状変形下にある 3 つの異なるセルによる機械的サイクリング中のせん断弾性率と表面積の関係形状はそれぞれ円盤状から両凹状（円）です。矢印は、サイクル数 n を指標として使用してエージングプロセスの方向を示し、二点鎖線は、式 (1) に基づく長いサイクルプロセス中の 1 つのセルの期待値を示します。（7）。

図 7b に示すように、実線と散布点は、それぞれ 3 つの異なる形状変換の下での 3 つの異なるセルのモデル予測と実験データを示しています。 (7) 疲労過程における表面積の変化に伴う膜せん断弾性率の変化をほぼ予測できます。図 7b は、単一の RBC がカップ形状のより大きな表面積を含むことが多く、カップ形状が薄れるにつれて表面積を失い始め、一方で膜せん断弾性率が低下することを裏付けています。カップ状の細胞が円盤状に変形すると、RBC 膜の軟化が止まります。この変化の間、RBC は表面積を失い続けますが、せん断弾性率は比較的一定のままであり、その寿命全体を通じて最小値付近で大きな変化は見られません。 RBC が円盤状の両凹形状になった後、RBC は機械的疲労プロセス中に硬化し始め、表面積が減少し、膜のせん断弾性率が増加します。

現在の研究では、カップ-カップ、カップ-円板細胞、円板細胞-円板細胞を含む形状変換の各タイプについて、図4に示すように複数の細胞実験を実施しましたが、各タイプの全体的な傾向は一致しています。現在の実験条件によって制限されているため、単一セルの長期疲労実験は現在の設定ではサポートされていないため、特定のセルの疲労プロセス全体を直接測定することはできません。ただし、3 つの異なるカテゴリをまとめましたが、図 7b に示すように、3 つのデータグループが結合されて放物線形状が形成されていることは明らかです。物理モデルは方程式を使用して提示されます。今回の実験データに基づく(1)、(6)、(7)は簡単です。ここで採用されたパラメータは生物物理学的に意味があり、細胞の個体差や同じ人に属する場合の各細胞の適合性を伴う赤血球の特定の基本特性を反映します。現在、特定のセルの老化プロセス全体を示すことはできませんが、図 7b と図の二点鎖線で予想される傾向として、より洗練された単一セルの機械的疲労実験を行うには、より高度なセットアップが必要です。

赤血球の機械的刺激は、赤血球の老化にとって非常に重要です29。しかし、個々の赤血球の機械的特性に対する機械的刺激の影響を研究する定量的手段はまだ不足しています。この研究で提案されたマイクロチューブを用いた疲労モデルは、生体内で赤血球が狭い毛細管やスリットを繰り返し通過する際の円周方向により対称的な応力刺激を再構築するだけでなく、その場での流体力学的手法を介して各疲労イベント後の赤血球の機械的特性の変化を定量的に特徴付けることもできます。。

サイクリング中、機械的刺激により RBC の形態変化が誘発され、RBC の面積と体積が減少し、RBC 膜のせん断弾性率が変化します。私たちの研究で観察された赤血球の機械的特性の変化は、老化プロセスで観察されたものと類似しています11、12、13、14。機械的疲労が、さまざまな年齢層で観察される赤血球の機械的劣化の変化の主な原因であると提案されています。したがって、我々のモデルは、機械的刺激が赤血球の老化プロセスにどのように寄与するかについての説明を提供します。現在の機械的サイクリングモデルは、赤血球の老化に関連する生理学的および臨床的問題の詳細な研究をサポートします。

網状赤血球から成熟赤血球への変化は、R1 網状構造 (網状、RNA を含む、粗い表面)、R2 カップ型構造 (カップ型、RNA を含む、粗い表面)、および成熟 RBC (二重凹面皿) を含む 3 つの異なる段階を経ます。形状）7．ヒト赤血球の形態学的分析 30,31 に触発されて、研究者らは、R2 と成熟赤血球の間に R3 移行期 (カップ、RNA を含まない、滑らかな表面) があると推測しました 32。現在の実験を行った結果、カップ型の赤血球が機械的サイクリングを通じて両凹型の円板細胞に変化する可能性があることを発見しました。このプロセスにより、RBC の剛性が寿命中に最小値に達するまでせん断弾性率が減少します。円盤状の両凹形状は、RBC の形状変換プロセス中に必要なエネルギーが最小限で最も安定した形状の 1 つです。さらに、カップからディスコサイトへの変換中に、RBC の変形性と安定性が増加します。これらの特徴は、細胞の変形性と機械的安定性が増加する一方で、赤血球の面積と体積が急速に減少するという網赤血球の成熟に関する観察を説明するのに役立つ可能性があります33。したがって、実験結果と疲労モデルは、カップから円板細胞への形状変化が網赤血球から成熟赤血球への成熟の中間段階である可能性が高いことを示唆しており、これは in vitro で生成された赤血球の研究に役立ちます。

赤血球は、数多くの循環器疾患や代謝性疾患の病理学的プロセスに関与しています 34,35。機械的刺激と組み合わせると、炎症やその他の生化学的刺激も同様に赤血球の老化に影響を及ぼし、赤血球の機械的特性のモニタリングを通じて疾患の診断と治療に大きな可能性をもたらします。ここでは、in vitro での赤血球の老化プロセスに基づいて、単一の赤血球の表面積とせん断弾性率の変化に関する数学的モデルを構築しました。表面積の減衰率やそれに伴うせん断弾性率の変化率を含むパラメーターは、RBC の固有の特性であり、さまざまな疾患における RBC の違いを定量的に説明するための潜在的な指標となります。

例えば、溶血性貧血（サラセミア、遺伝性球状赤血球症など）の遺伝的要因による変形能や膜の安定性の低下は、脾臓の機械的刺激によって悪化することがよくあります5。提案された数学モデルを使用すると、さまざまな遺伝性血液疾患における RBC の固有の特性を定量的に区別できる可能性があります。ここで、k は定常状態を維持するための表面積の変化に抵抗する RBC の能力を表し、g は細胞骨格のリモデリングによる RBC の硬化速度を反映します。これらのパラメータは、機械的サイクリング中に表面積と剛性の異常な変動を伴う溶血性疾患を診断および監視するための新しいアプローチを示唆しています。

もう 1 つの潜在的な用途は、赤血球の老化に対する血糖の影響をチェックすることです。糖尿病患者の糖化ヘモグロビン（HbA1c）は、赤血球年齢と密接に関連しています36。赤血球の年齢を推定するアンサンブルパラメーター \(\upgamma\) を使用すると、同様の生化学的環境下で老化プロセスを加速する現在の疲労モードを使用して、数時間以内に HbA1c をより動的に監視できる可能性があります。ただし、これらすべての潜在的な応用には、適切な対照研究を伴う単一 RBC の長期試験のためのより多くのデータの蓄積とより洗練された実験設定が必要です。

我々は、生体内での赤血球の機械的刺激を模倣する単一の赤血球機械的サイクリングモデルを確立しました。このモデルは、微小循環の小さな毛細血管や脾臓のIESなどの狭い内腔を繰り返し通過するRBCに等方性ストレス条件を採用し、表面積の損失による細胞の老化を効果的に模倣します。さらに、機械的サイクルの各ラウンド中に表面積と膜せん断弾性率をその場で正確に測定できます。 in vitro疲労モデルを利用することにより、我々は、カップ型と両凹型の間のそれぞれの形状変化に基づいて、成熟したRBCサイクリングプロセスを3つの異なるグループに分類しました。疲労中の細胞の硬化は両凹型 RBC では単調ですが、カップ型細胞は機械的サイクル下での初期形状プロファイルと最終形状プロファイルに応じて軟化または安定化する可能性があります。我々はまた、成熟した赤血球の機械的特性の進化を近似して解釈するための実験データに基づいた数学的定式化を提案しました。個々の RBC の表面積と膜せん断弾性率の変化に関する数学的モデルは、RBC の健康状態を定量的に推定するためのアンサンブルパラメーターをサポートします。

すべてのデータは本文に掲載されています。

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この研究は、中国国家自然科学財団 (助成金 12072198)、中国国家重点研究開発プロジェクト (2017YFE0117100)、および上海交通大学 (No. YG2022ZD004) の支援を受けました。また、MIT Greater China Fund for Innovation からの部分的な支援にも感謝します。

流体力学主要研究室（教育省）、上海交通大学造船海洋土木工学部工学機械学科、上海、200240、中国

Qiaodong Wei、Xiaolong Wang、Xiaobo Gong

フォトニクス・フォトン技術研究所、中国西部エネルギーのフォトンテクノロジー国家重点研究所、西北大学、西安、710100、中国

張哲

マサチューセッツ工科大学材料科学工学部、ケンブリッジ、マサチューセッツ州、02139、米国

ミンダオ

海洋工学国家重点実験室、造船海洋土木工学院、上海交通大学、上海、200240、中国

ゴン・シャオボ

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QW、XG がこのプロジェクトを発案しました。 QW は実験装置を開発し、実験を実施しました。 XWはシミュレーション計算を提供しました。 QW、CZ、XG がデータを分析し、QW、XG が原稿を執筆しました。 MD と XG が研究を監督しました。著者全員が原稿をレビューしました。

Xiaobo Gong への対応。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

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転載と許可

Wei、Q.、Wang、X.、Zhang、C. 他。機械的疲労時の成熟ヒト赤血球の表面積と膜せん断弾性率の変化。 Sci Rep 13、8563 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-34605-x

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受信日: 2022 年 9 月 15 日

受理日: 2023 年 5 月 4 日

公開日: 2023 年 5 月 26 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-34605-x

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