Meten en Modeling Contractiele Drogen in Human hoornlaag
Summary
Dit artikel beschrijft een werkwijze voor het kwantificeren van de dynamische drooggedrag en mechanische eigenschappen van het stratum corneum door meten ruimtelijk opgelost in het vlak drogen verplaatsingen van cirkelvormige weefselmonsters gehecht aan een elastomeer substraat. Deze techniek kan worden gebruikt om te meten hoe verschillende chemische behandelingen wijzigen drogen en weefsel mechanische eigenschappen.
Abstract
Stratum corneum (SC) is de meest oppervlakkige huidlaag. Het contact met de externe omgeving betekent dat deze weefsellaag wordt onderworpen aan zowel reinigingsmiddelen en dagelijkse variaties in omgevingsvocht; beide kunnen het watergehalte van het weefsel te veranderen. Verlagingen van watergehalte ernstige barrière disfunctie of omgevingen lage luchtvochtigheid kan SC stijfheid veranderen en leiden tot een opbouw van het drogen spanningen. In extreme omstandigheden kunnen deze factoren mechanische breuk van het weefsel. We hebben een hoge doorvoer werkwijze voor het kwantificeren dynamische veranderingen in de mechanische eigenschappen van SC na drogen vastgesteld. Deze techniek kan worden toegepast om veranderingen in de drooggedrag en mechanische eigenschappen van SC met cosmetische cleanser en vochtinbrengende behandelingen kwantificeren. Dit wordt bereikt door het meten van dynamische variaties in ruimtelijk opgelost in het vlak drogen verplaatsingen van cirkelvormige weefselmonsters gehecht aan een elastomeer substraat. In-plane radiale verplaatsingen ACQuired droging worden azimutaal gemiddeld en voorzien van een profiel gebaseerd op een lineair elastische contractiliteit model. Dynamische veranderingen in het drogen van stress en SC elastische modulus kan vervolgens worden gewonnen uit het aangepaste model profielen.
Introduction
De buitenste laag van de epidermis of stratum corneum (SC) omvat cohesieve corneocyte cellen omgeven door een lipide rijke matrix 1, 2. De samenstelling en de structurele integriteit van SC is essentieel voor een juiste barrière functionaliteit 3, die invasie voorkomt micro-organismen en is bestand tegen zowel mechanische krachten en overmatig water 4. De capaciteit van producten voor persoonlijke verzorging te handhaven of te degraderen huidbarrière functie is van groot belang voor de huid gezondheidszorg en de cosmetische industrie 5. De dagelijkse toepassing van persoonlijke verzorgingsproducten is bekend dat de mechanische eigenschappen van de SC 6, 7, 8 te wijzigen. Zo kunnen oppervlakteactieve stoffen in cosmetische reinigingsmiddelen aanzienlijke verhoging van de elasticiteitsmodulus en een opbouw van veroorzakendrogen spanningen in SC, het vergroten van de neiging van het weefsel te kraken 7, 9. Glycerol in bijna alle cosmetische moisturizers kunnen SC verzachten en de opbouw van het drogen spanningen 8, 10, 11, waardoor de kans op scheuren weefsel verminderen.
De werkwijze die in dit artikel kan kwantificeren van de dynamische drooggedrag en mechanische eigenschappen van SC drogen in gecontroleerde omgevingen 7, 8. Eerder heeft deze techniek aangetoond kunnen ophelderen van het effect van verschillende cosmetische producten op veranderingen in de dynamische drooggedrag en mechanische eigenschappen van SC weefsel zijn. Dit wordt bereikt door het kwantificeren drogen geïnduceerde krimp van humaan SC weefsel gehecht aan een zacht elastomeer substraat aanbrengen drogen verplaatsingen met een eenvoudigecontractiliteit model, en vervolgens extraheren van de elastische modulus en het drogen van stress door het gemonteerde profiel. Bij het testen van meervoudige monsters SC vereist deze werkwijze biedt een snellere alternatief voor uniaxiale tensometry, gebruikt aanzienlijk minder weefsel en levert meer fysiologisch relevante drogen door te voorkomen verdamping uit het monster onderzijde.
Protocol
Representative Results
Discussion
In dit artikel beschrijven we een techniek die kan worden gebruikt om het dynamische drooggedrag en mechanische eigenschappen van menselijk SC meten. Eerdere studies hebben aangetoond dat deze techniek kan worden gebruikt om de effecten van de omgevingsomstandigheden en chemische producten vaak gebruikt in cosmetische reinigingsmiddelen en moisturizers op de dynamische drooggedrag van SC 7, 8 kwantificeren. Er zijn een aantal belangrijke stappen in het protocol….
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors have no acknowledgements.
Materials
| Silicone elastomer base | Dow-Corning | 1064291 |
| Silicone elastomer Curing Agent | Dow-Corning | 1015311 |
| FluoSpheres Carboxylate 0.1 µm yellow green fluorescent 505/515 | Thermo Fisher | F8803 |
| FluoSpheres Carboxylate 1 µm yellow green fluorescent 505/515 | Thermo Fisher | F8823 |
| FluoSpheres Carboxylate 1 µm nile red fluorescent 535/575 | Thermo Fisher | F8819 |
| Trypsin from porcine pancreas | Sigma-Aldrich | T6567 |
| Trypsin inhibitor type II-s | Sigma-Aldrich | T9128 |
| (3-aminopropyl)triethoxysilane | Sigma-Aldrich | 440140 |
| Sodium tetraborate | Sigma-Aldrich | 221732 |
| Boric acid | Sigma-Aldrich | B0294 |
| Phosphate buffered saline | Sigma-Aldrich | P7059 |
| N-(3-Dimethylaminopropyl)-N-ethylcarbodiimide hydrochloride | Sigma-Aldrich | E7750 |
| Vortexer mixer | VWR | 58816-123 |
| 6mm diameter hole punch | Sigma-Aldrich | Z708860 |
| SOLA 6-LCR-SB | Lummencor light engine | No.3526 |
| Cfi Plan Achro Uw 1x Objective | Nikon Plan UW | MRL00012 |
| CFI Plan Fluor 40x Oil Objective 1.3 na – 0.20mm wd | Nikon Plan Fluor | MRH01401 |
| Nikon Eclipse Ti-U inverted microscope | Nikon | MEA53200 |
| Clara-E Camera | Andor | DR-328G-C02-SIL |
| Remote Focus Attachment E-RFA Ergo Design | Nikon | 99888 |
| Ti-S-E Motorized Stage | Nikon | MEC56110 |
References
- Van Hal, D., Jeremiasse, E., Junginger, H. E., Spies, F., Bouwstra, J. Structure of fully hydrated human stratum corneum: a freeze-fracture electron microscopy study. J. Invest. Dermatol. 106 (1), 89-95 (1996).
- Norlén, L., Al-Amoudi, A. Stratum corneum keratin structure, function, and formation: the cubic rod-packing and membrane templating model. J. Invest. Dermatol. 123 (4), 715-732 (2004).
- Liu, X., Cleary, J., German, G. K. The global mechanical properties and multi-scale failure mechanics of heterogeneous human stratum corneum. Acta Biomater. , (2016).
- Geerligs, M. . Skin layer mechanics. , (2010).
- Farage, M. S., Miller, K. W., Maibach, H. I. . Textbook of Aging Skin. , (2010).
- Levi, K., Kwan, A., Rhines, A. S., Gorcea, M., Moore, D. J., Dauskardt, R. H. Emollient molecule effects on the drying stresses in human stratum corneum. Br. J. Dermatol. 163 (4), 695-703 (2010).
- German, G. K., Pashkovski, E., Dufresne, E. R. Surfactant treatments influence drying mechanics in human stratum corneum. J. Biomech. 46 (13), 2145-2151 (2013).
- Liu, X., German, G. K. The effects of barrier disruption and moisturization on the dynamic drying mechanics of human stratum corneum. J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 49 (13), 80-89 (2015).
- Levi, K., Weber, R. J., Do, J. Q., Dauskardt, R. H. Drying stress and damage processes in human stratum corneum. Int. J. Cosmet. Sci. 32 (4), 276-293 (2010).
- Levi, K., et al. Effect of glycerin on drying stresses in human stratum corneum. J. Dermatol. Sci. 61, 129-131 (2011).
- Fluhr, J. W., Darlenski, R., Surber, C. Glycerol and the skin: holistic approach to its origin and functions. Br. J. Dermatol. 159 (1), 23-34 (2008).
- German, G. K., et al. Heterogeneous drying stresses in stratum corneum. Biophys. J. 102 (11), 2424-2432 (2012).
- Willert, C. E., Gharib, M. Digital particle image velocimetry. Exp. Fluids. 10 (4), 181-193 (1991).
- Mertz, A. F., et al. Scaling of traction forces with the size of cohesive cell colonies. Phys. Rev. Lett. 108 (19), 1-5 (2012).
- Banerjee, S., Marchetti, M. C. Substrate rigidity deforms and polarizes active gels. Euro Phys. Lett. 96 (2), 28003 (2011).
- Edwards, C. M., Schwarz, U. S. Force localization in contracting cell layers. Phys. Rev. Lett. 107 (12), 128101 (2011).
- Cesa, C., et al. Micropatterned silicone elastomer substrates for high resolution analysis of cellular force patterns. Rev. Sci. Instrum. 78 (3), 34301 (2007).
- Wu, K. S., Van Osdol, W. W., Dauskardt, R. H. Mechanical And Microstructural Properties Of Stratum Corneum. Mater. Res. Soc. 724, 27-33 (2002).
- Yuan, Y., Verma, R. Measuring microelastic properties of stratum corneum. Colloids Surf. B. 48 (1), 6-12 (2006).
- Christensen, M. S., Hargens, C. W., Nacht, S., Gans, E. H. Viscoelastic properties of intact human skin: instrumentation, hydration effects, and the contribution of the stratum corneum. J Invest. Dermatol. 69 (3), (1977).
- Pailler-Mattei, C., Bec, S., Zahouani, H. In vivo measurements of the elastic mechanical properties of human skin by indentation tests. Med. Eng.Phys. 30 (5), 599-606 (2008).
