Summary

Medição e Modelagem contrátil que secam no Estrato Córneo Humano

Published: March 01, 2017
doi:

Summary

Este artigo descreve um método para quantificar o comportamento dinâmico de secagem e propriedades mecânicas do estrato córneo através da medição espacialmente resolvida no plano deslocamentos de secagem de amostras circulares de tecido aderidas a um substrato de elastómero. Esta técnica pode ser utilizada para medir a forma como os diferentes tratamentos químicos Após a secagem dos tecidos e propriedades mecânicas.

Abstract

estrato córneo (SC) é a camada mais superficial da pele. O seu contacto com o ambiente externo significa que esta camada de tecido é sujeito a ambos os agentes de limpeza e variações diárias em humidade ambiente; ambos os quais podem alterar o conteúdo de água do tecido. Reduções do teor de água da disfunção da barreira grave ou ambientes de baixa umidade pode alterar SC rigidez e causar um acúmulo de tensões de secagem. Em condições extremas, estes factores podem causar a ruptura mecânica do tecido. Nós estabelecemos um método de alto rendimento de quantificar as alterações dinâmicas as propriedades mecânicas de SC aquando da secagem. Esta técnica pode ser utilizada para quantificar as mudanças no comportamento de secagem e propriedades mecânicas do SC com cosméticos limpador e hidratante tratamentos. Isto é conseguido medindo as variações dinâmicas da espacialmente resolvidas deslocamentos de secagem em plano de amostras circulares de tecido aderidas a um substrato de elastómero. In-Plane deslocamentos radiais ACQuired durante a secagem são azimutal média e equipado com um perfil baseado em um modelo contratilidade elástica linear. mudanças dinâmicas no estresse de secagem e SC módulo de elasticidade pode então ser extraído a partir dos perfis modelo ajustado.

Introduction

A camada mais externa da epiderme, ou estrato córneo (SC) é constituído por células corneócito coesivas rodeadas por um lípido rico matriz 1, 2. A composição estrutural e integridade do SC é essencial para manter a funcionalidade de barreira correct 3, que impede a invasão de microorganismos e resiste a ambas as forças mecânicas e perda excessiva de água 4. A capacidade dos produtos de cuidados pessoais para manter ou degradar a função de barreira da pele é de grande interesse para saúde da pele e da indústria cosmética 5. A aplicação diária de produtos de cuidado pessoal é conhecida para alterar as propriedades mecânicas do SC 6, 7, 8. Por exemplo, surfactantes contidos em produtos de limpeza cosméticos podem causar aumentos significativos no módulo de elasticidade e uma acumulação detensões de secagem em SC, aumentando a propensão do tecido de crack 7, 9. Glicerol contido em quase todos os hidratantes cosméticos pode suavizar SC e diminuir o acúmulo de tensões de secagem 8, 10, 11, reduzindo a probabilidade de ruptura do tecido.

O método descrito neste artigo é capaz de quantificar o comportamento de secagem dinâmico e propriedades mecânicas do SC de secagem em ambientes controlados 7, 8. Anteriormente, esta técnica tem sido demonstrada ser capaz de elucidar o efeito de diferentes produtos cosméticos em alterações do comportamento dinâmico de secagem e propriedades mecânicas do tecido SC. Isto é conseguido através da quantificação contracção induzida por secagem de tecido humano SC aderiu a um substrato de elastómero macio, encaixando deslocamentos de secagem com uma simplesmodelo de contratilidade, e depois extrair o módulo de elasticidade e secagem estresse a partir do perfil equipada. Quando são necessários ensaios de amostras múltiplas SC, este método oferece uma alternativa mais rápida para tensometry uniaxial, utiliza significativamente menos tecido e fornece mais fisiologicamente relevante de secagem, impedindo a evaporação a partir do lado de baixo da amostra.

Protocol

Uma aprovação isentos (3002-13) para realizar a pesquisa utilizando amostras de tecido de-identificados em conformidade com o Departamento de Saúde e regulamentos Serviços Humanos, 45 CFR 46,101 (b) (4) foi concedido. pele de espessura total é recebido de uma cirurgia eletiva. Neste artigo, a fonte de tecido é de mama mulher caucasiana de 66 anos de idade. 1. Preparação de Lamelas Elastomer Revestido Num frasco de vidro de 20 mL, misturar 0,107 g de agente de Sylgard 184 c…

Representative Results

A Figura 1 (a) mostra uma imagem fluorescente de uma amostra representativa de SC revestido com esferas fluorescentes (secção 3). A imagem da luz transmitida correspondente da amostra é mostrado na Figura 1 (b) revestida com uma trama tremor de deslocamentos de secagem espacialmente resolvidas que se formam após 16 horas de secagem a 25% de HR Devido à simetria circular das amostras, estes deslocamentos podem ser azimutais média. Figura 1 (…

Discussion

Neste artigo, descreve-se uma técnica que pode ser utilizada para medir o comportamento dinâmico de secagem e propriedades mecânicas de SC humano. Estudos anteriores demonstraram que esta técnica pode ser utilizada para quantificar os efeitos de condições ambientais e de produtos químicos normalmente utilizados em produtos de limpeza e cosméticos hidratantes no comportamento dinâmico de secagem SC 7, 8. Há uma série de passos-chave no protocolo. Em pr…

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

  1. 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).
  2. 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).
  3. Liu, X., Cleary, J., German, G. K. The global mechanical properties and multi-scale failure mechanics of heterogeneous human stratum corneum. Acta Biomater. , (2016).
  4. Geerligs, M. . Skin layer mechanics. , (2010).
  5. Farage, M. S., Miller, K. W., Maibach, H. I. . Textbook of Aging Skin. , (2010).
  6. 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).
  7. German, G. K., Pashkovski, E., Dufresne, E. R. Surfactant treatments influence drying mechanics in human stratum corneum. J. Biomech. 46 (13), 2145-2151 (2013).
  8. 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).
  9. 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).
  10. Levi, K., et al. Effect of glycerin on drying stresses in human stratum corneum. J. Dermatol. Sci. 61, 129-131 (2011).
  11. 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).
  12. German, G. K., et al. Heterogeneous drying stresses in stratum corneum. Biophys. J. 102 (11), 2424-2432 (2012).
  13. Willert, C. E., Gharib, M. Digital particle image velocimetry. Exp. Fluids. 10 (4), 181-193 (1991).
  14. Mertz, A. F., et al. Scaling of traction forces with the size of cohesive cell colonies. Phys. Rev. Lett. 108 (19), 1-5 (2012).
  15. Banerjee, S., Marchetti, M. C. Substrate rigidity deforms and polarizes active gels. Euro Phys. Lett. 96 (2), 28003 (2011).
  16. Edwards, C. M., Schwarz, U. S. Force localization in contracting cell layers. Phys. Rev. Lett. 107 (12), 128101 (2011).
  17. Cesa, C., et al. Micropatterned silicone elastomer substrates for high resolution analysis of cellular force patterns. Rev. Sci. Instrum. 78 (3), 34301 (2007).
  18. Wu, K. S., Van Osdol, W. W., Dauskardt, R. H. Mechanical And Microstructural Properties Of Stratum Corneum. Mater. Res. Soc. 724, 27-33 (2002).
  19. Yuan, Y., Verma, R. Measuring microelastic properties of stratum corneum. Colloids Surf. B. 48 (1), 6-12 (2006).
  20. 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).
  21. 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).

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Cite This Article
Liu, X., German, G. K. Measuring and Modeling Contractile Drying in Human Stratum Corneum. J. Vis. Exp. (121), e55336, doi:10.3791/55336 (2017).

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