Estimation of nitric oxide generation by endothelial cells EA.hy926 under flow-induced mechanical stress in a microfluidic system
Authors: Московцев А.А. , Мыльникова А.Н. , Колесов Д.В. , Микрюкова А.А. , Зайченко Д.М. , Соколовская А.А. , Кубатиев А.А. 
Published: January 2021

Эндотелиальные клетки, выстилающие стенки сосудов, преобразовывают деформацию собственных структур, вызванную током крови, в химические сигналы, одним из которых является важный регулятор просвета сосуда - оксид азота (NO). К настоящему моменту накоплен большой объём данных о клеточных механизмах активации продукции NO, однако сведений о динамике генерации оксида азота эндотелиальными клетками в зависимости от гидродинамических условий недостаточно. В этой связи разработка микрофлюидных систем in vitro, имитирующих кровеносное русло, и изучение в них эндотелия в сложных гидродинамических условиях является актуальной задачей. В данной работе для создания контролируемых гидродинамических условий для монослоя эндотелиоцитоподобных клеток EA.hy926 была спроектирована и разработана микрофлюидная система, имитирующая линейные участки микрососудистого русла. Методом непрямого определения содержания оксида азота (II) NO с использованием флуоресцентного зонда 4,5-диаминофлуоресцеина DAF-2 впервые получены данные об увеличении продукции NO клетками EA.hy926 при механическом стрессе, создаваемом потоком ростовой среды. Представлены расчетные гидродинамические характеристики микрофлюидной системы, а также методика измерения продукции NO. Возможность исследования функциональной активности эндотелия позволяет использовать разработанную микрофлюидную модельную систему как для изучения клеточно-автономных регуляторных свойств эндотелия при действии ряда вазоактивных фармакологических препаратов и других методов воздействия на эндотелий, так и при моделируемой дисфункции эндотелия.

Endothelial cells lining vascular walls transform the flow-induced deformation of their own structures into chemical signals, one of which, nitric oxide (NO), is an important regulator of the vascular lumen diameter. By present, a large amount of data on cellular mechanisms for activation of NO production has been accumulated. However, there is insufficient information on changes in endothelial NO generation under different hydrodynamic conditions. Therefore, development of microfluidic systems that model blood vessels in vitro and using them to study the endothelium under complex hydrodynamic conditions are relevant tasks. In this study, a microfluidic system was developed to create controlled hydrodynamic conditions for a monolayer of endotheliocyte-like cells EAhy.926. This system simulates linear sections of the microvasculature. By indirect measurement of NO (II) content with a fluorescent 4,5-diaminofluorescein (DAF-2) probe, we showed an increase in the NO production by EAhy.926 cells under mechanical stress generated by the medium flow. The article presents the method for measuring NO production and the calculated hydrodynamic characteristics of the microfluidic system. The results showed that the developed microfluidic model system is promising for studying cell-autonomous regulatory properties of the endothelium both under the action of vasoactive agents and in simulated endothelial dysfunction.