La medición y Modelado contráctil que se secan en humano estrato córneo
Summary
Este artículo describe un método para cuantificar el comportamiento de secado dinámica y las propiedades mecánicas del estrato córneo midiendo la resuelto espacialmente desplazamientos de secado en el plano de muestras de tejido circulares adheridas a un sustrato de elastómero. Esta técnica se puede utilizar para medir cómo los diferentes tratamientos químicos altera de secado y propiedades mecánicas del tejido.
Abstract
estrato córneo (SC) es la capa más superficial de la piel. Su contacto con el ambiente externo significa que esta capa de tejido se somete a ambos agentes de limpieza y las variaciones diarias en la humedad del ambiente; ambos de los cuales pueden alterar el contenido de agua del tejido. Las reducciones en el contenido de agua de la disfunción de la barrera grave o ambientes de baja humedad pueden alterar la rigidez SC y causar una acumulación de tensiones de secado. En condiciones extremas, estos factores pueden causar la ruptura mecánica del tejido. Hemos establecido un método de alto rendimiento de la cuantificación de los cambios dinámicos en las propiedades mecánicas de SC tras el secado. Esta técnica puede emplearse para cuantificar los cambios en el comportamiento de secado y propiedades mecánicas de SC con tratamientos limpiador y humectante cosméticos. Esto se logra midiendo las variaciones dinámicas en resolución espacial desplazamientos de secado en el plano de muestras de tejido circulares adheridas a un sustrato de elastómero. En el plano de desplazamientos radiales ACQpedirá otra durante el secado se promediaron azimutal y está equipada con un perfil basado en un modelo de la contractilidad elástico lineal. Los cambios dinámicos en el estrés de secado y SC módulo elástico a continuación se pueden extraer de los perfiles de modelo ajustado.
Introduction
La capa más externa de la epidermis, o estrato córneo (SC) se compone de células de corneocitos cohesivos rodeadas por una matriz rica en lípidos 1, 2. La composición y la integridad estructural de SC es esencial para mantener la funcionalidad de barrera correcta 3, lo que impide la invasión de microorganismos y resiste tanto a las fuerzas mecánicas y la pérdida excesiva de agua 4. La capacidad de los productos de cuidado personal para mantener o degradar la función de barrera de la piel es de gran interés para la salud de la piel y la industria cosmética 5. La aplicación diaria de productos de cuidado personal se sabe que altera las propiedades mecánicas de la SC 6, 7, 8. Por ejemplo, tensioactivos contenidos en productos de limpieza cosméticos pueden causar incrementos significativos en el módulo elástico y una acumulación detensiones de secado en Carolina del Sur, el aumento de la propensión de que el tejido se agrietan 7, 9. El glicerol contenido en casi todas las cremas hidratantes cosméticos puede suavizar SC y disminuir la acumulación de tensiones de secado 8, 10, 11, reduciendo la probabilidad de ruptura del tejido.
El método detallado en este artículo es capaz de cuantificar el comportamiento de secado dinámica y las propiedades mecánicas de SC secado en ambientes controlados 7, 8. Anteriormente, esta técnica se ha demostrado que es capaz de elucidar el efecto de diferentes productos cosméticos en los cambios en el comportamiento de secado dinámica y las propiedades mecánicas del tejido SC. Esto se logra mediante la cuantificación de la contracción por secado inducida de tejido humano SC adherido a un sustrato de elastómero blando, encajando desplazamientos de secado con un simplemodelo de contractilidad y, a continuación, extraer el módulo elástico y el secado de la tensión del perfil equipada. Cuando se requiere una prueba de múltiples muestras SC, este método ofrece una alternativa más rápida a tensometry uniaxial, utiliza significativamente menos tejido y proporciona más fisiológicamente relevante de secado mediante la prevención de la evaporación de la parte inferior de la muestra.
Protocol
Representative Results
Discussion
En este artículo, se describe una técnica que puede utilizarse para medir el comportamiento de secado dinámica y las propiedades mecánicas de SC humano. Estudios previos han demostrado que esta técnica se puede utilizar para cuantificar los efectos de las condiciones ambientales y de los productos químicos utilizados comúnmente en productos de limpieza cosméticos y humectantes en el comportamiento de secado dinámica de SC 7, 8. Hay una serie de pasos cl…
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).
