Vascular cell sexual dimorphism in complex mechanical microenvironments

复杂机械微环境中的血管细胞性别二态性

基本信息

  • 批准号:
    10026024
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.97万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-09-16 至 2021-05-15
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The sex disparity in the incidence and progression of cardiovascular disease (CVD), including peripheral arterial disease (PAD), is a troubling clinical observation. It is well known that CVD manifests differently in men and women, with more women than men suffering from the disease. Further, within the vascular network, there are mechanical microenvironments that favor CVD development, for example, atherosclerotic plaques preferentially form at regions of disturbed flow and low fluid shear stresses such as, vasculature bifurcations. Yet, no reports have correlated these two separate observations at the cellular level, specifically, the sex differences in CVD and local vascular mechanics. This project aims to 1) assess the functional changes in male and female human umbilical vein endothelial cells in response to combined physiological fluid shear stresses and substrate stiffness by morphometric, secretory, and genetic analyses, 2) assess the functional changes in male and female human aortic smooth muscle cells in response to combined physiological cyclic stretching and substrate stiffness by morphometric, mechanical, and genetic analyses, and 3) correlate the disparate functional response of male and female vascular cells using statistical methods. Upon completion of these aims, a foundational understanding of vascular cell functionality in vitro as it pertains to sexual dimorphism in complex mechanical microenvironments will be gained. A factorial design of experiments will be used to systematically assess the influence of cell sex, laminar fluid shear stress or cyclic stretch, and the underlying substrate stiffness. The effects of the mechanical microenvironment will be assessed using well-defined flow and stretch bioreactors with RGD-conjugated polyacrylamide gel substrates. Cell morphology will be quantified by immunofluorescence microscopy methods. Glycocalyx, vasoregulatory, and estradiol secretory products will be quantified by commercial assays. Cellular mechanical properties will be measured by atomic force microscopy. The regulation of a large set of vascular cell genes including a subset related to CVD will be measured by quantitative reverse transcription polymerase chain reaction. Statistical analyses will be performed to relate gene expression results to morphological, secretory, and mechanical responses and then to correlate them to a given sex and mechanical force combination. This work follows the 2015 NIH mandate to consider sex as a biological variable by investigating the clinical observations of the sex disparity in cardiovascular disease at the cellular level. The significance for this work is that future imaging modalities that quantify vascular forces such as with 4D MRI, will be able to indicate areas within the vasculature that are susceptible to localized cellular dysfunction using correlative statistical models and ultimately predict a patient's location-specific vulnerability for disease. This proposal is part of a predoctoral training fellowship at the University of Florida. The trainee will learn to conduct the experiments proposed and to grow professionally from the guidance of a comprehensive mentoring team of clinicians, cell and molecular biologists, computational theorists, and material scientists.
心血管疾病(CVD)的发病率和进展中的性别差异,包括周围动脉 疾病(PAD)是一个令人不安的临床观察。众所周知,CVD在男性中的表现不同, 女性,女性多于患有这种疾病的男性。此外,在血管网络中,有 有利于CVD开发的机械微环境,例如,动脉粥样硬化斑块优先 在流动障碍和低流体剪切应力的区域的形式,例如脉管分叉。但是,没有报告 已经在细胞水平上关联了这两个单独的观察结果,特别是 CVD和局部血管力学。该项目的目的是1)评估男性和女性的功能变化 人脐静脉内皮细胞响应生理流体剪切应力和 形态计量学,分泌和遗传分析的底物刚度,2)评估功能变化 男性和女性人类主动脉平滑肌细胞响应合并的生理循环拉伸 通过形态计量学,机械和遗传分析,以及3)将不同的刚度与底物刚度相关 使用统计方法对雄性和女性血管细胞的功能反应。这些完成后 目的是对体外血管细胞功能的基本理解,因为它与性二态性有关 将获得复杂的机械微环境。实验的阶乘设计将用于 系统地评估细胞性别,层流液剪切应力或环状拉伸的影响以及基础 底物刚度。机械微环境的影响将使用明确的流量和 用RGD偶联的聚丙烯酰胺凝胶底物拉伸生物反应器。细胞形态将通过 免疫荧光显微镜方法。糖椰子,血管调节和雌二醇分泌产品将是 通过商业测定量化。细胞机械性能将通过原子力显微镜测量。 对包括与CVD相关的子集在内的大量血管细胞基因的调节将由 定量逆转录聚合酶链反应。将进行统计分析以关联基因 表达对形态,分泌和机械反应的结果,然后将它们与给定的 性别和机械力组合。这项工作遵循2015年NIH的任务,将性视为生物学 通过研究细胞中心血管疾病性别差异的临床观察到可变 等级。这项工作的意义在于,量化血管力的未来成像方式,例如 4D MRI,将能够指出易于局部细胞功能障碍的脉管系统中的区域 使用相关统计模型,并最终预测患者特定于疾病的位置脆弱性。 该提议是佛罗里达大学的一项培训前培训奖学金的一部分。学员将学会 进行提出的实验,并在全面的指导下进行专业发展 指导临床医生,细胞和分子生物学家,计算理论家和物质科学家团队。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Let's Talk About Sex-Biological Sex Is Underreported in Biomaterial Studies.
  • DOI:
    10.1002/adhm.202001034
  • 发表时间:
    2021-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    10
  • 作者:
    James BD;Guerin P;Allen JB
  • 通讯作者:
    Allen JB
Mineralized DNA-collagen complex-based biomaterials for bone tissue engineering.
  • DOI:
    10.1016/j.ijbiomac.2020.06.126
  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    8.2
  • 作者:
    Bryan D. James;Paxton Guerin;Zion Iverson;J. Allen
  • 通讯作者:
    Bryan D. James;Paxton Guerin;Zion Iverson;J. Allen
Anti-VEGF-R2 Aptamer and RGD Peptide Synergize in a Bifunctional Hydrogel for Enhanced Angiogenic Potential.
  • DOI:
    10.1002/mabi.202000337
  • 发表时间:
    2021-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Roy T;James BD;Allen JB
  • 通讯作者:
    Allen JB
Sex-Specific Response to Combinations of Shear Stress and Substrate Stiffness by Endothelial Cells In Vitro.
  • DOI:
    10.1002/adhm.202100735
  • 发表时间:
    2021-09
  • 期刊:
  • 影响因子:
    10
  • 作者:
    James BD;Allen JB
  • 通讯作者:
    Allen JB
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