Bio-mechanische und bio-rheologische Aspekte von Sichelzellen in der Mikrozirkulation: Ein mathematischer Modellierungsansatz

Die Sichelzellenanämie (SCD) ist eine erbliche monogene Erkrankung, die durch verzerrte rote Blutkörperchen gekennzeichnet ist, die zur Vaso-Oklusion und Vasculopathie führen. Derzeit werden Elektrophorese von Hämoglobin und Genotypisierung als Routineuntersuchungen zur Diagnose der SCD verwendet. Diese Techniken erfordern spezialisierte Labore und sind teuer. Das kostengünstige microfluidikbasierte Diagnosetool weckt großes Interesse für das Screening der Deformierbarkeit von roten Blutkörperchen (RBC). In der vorliegenden Studie wurde die Schmierungstheorie angewandt, um ein biomechanisches Modell der Mikrozirkulation mit veränderten rheologischen Eigenschaften von Sichelblut in den Kapillaren zu entwickeln, das im Vergleich zum Zellendurchmesser kleiner ist, um die multifaktorielle Natur und Pathogenese der Vaso-Oklusion bei SCD zu erklären. Die grundlegenden Gleichungen wurden analytisch für realistische Randbedingungen gelöst und unter Verwendung von MATLAB simuliert. Wir fanden, dass die axiale Geschwindigkeit der Zelle mit abnehmender Deformierbarkeit und Compliance abnimmt. Die Höhe des Schmierfilms sagt die Deformation der Zelle in Bezug auf den lokalen Druck in der Mikrozirkulation voraus. Rückfluss und Widerstandskraft hängen nichtlinear vom deformationsbedingten Zellradius mit variierender Viskosität des Plasmas und der Reynolds-Zahl ab. Die Modellvorhersagen dieser Studie stimmen mit den experimentellen Ergebnissen überein. Die analysierten Parameter bieten einzigartige Einblicke mit neuartigen Möglichkeiten zur Gestaltung einer microfluidikbasierten effektiven therapeutischen Intervention für SCD.