A method for the approximate determination of microparticle amount and mass in biological mixtures using a fractionation process in a centrifugal force field

• Autorzy: Górka Andrzej

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0013.5552

Warianty tytułu

PL

Metoda przybliżonego wyznaczania ilości i masy mikrocząstek w mieszaninach biologicznych z zastosowaniem procesu frakcjonowania w polu sił odśrodkowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents a simplified method of estimating the amount and specific mass of microparticles in complex biological mixtures using the fractionation process in the field of centrifugal forces. In the presented method, on the example of the heaviest blood cells of erythrocytes, a geometric model of binary fraction at the borderline state of equilibrium formed in the process of blood fractionation was used. In this model, the approximated shape of erythrocyte and an exemplary normal distribution of the size and number of microparticles in the studied model fraction dominated by erythrocytes were used. Based on publicly available blood data, it has been shown that it is possible to estimate the amount and specific weight of microparticles. The accuracy of such estimation generally depends on the precision of representation of shapes, the degree of filling the fraction with microparticles and on the individual quantitative and dimensional distribution of these particles in the examined fraction. The above conclusions, which determine the accuracy of the presented method, were verified in the paper with the use of generally available in the literature rheological blood data for various types of measuring containers influencing the degree of filling of a given fraction with microparticles.

PL

W publikacji przedstawiono uproszczoną metodę szacowania ilości i masy właściwej mikrocząstek w złożonych mieszaninach biologicznych z zastosowaniem procesu frakcjonowania w polu sił odśrodkowych. W prezentowanej metodzie, na przykładzie najcięższych komórek krwi erytrocytów, wykorzystano geometryczny model binarnej frakcji w stanie granicznej równowagi, uformowanej w procesie frakcjonowania krwi. W modelu tym zastosowano opracowany aproksymacyjny kształt erytrocytu oraz przykładowy rozkład normalny wielkości i ilości mikrocząstek w badanej modelowej frakcji. Na podstawie ogólnie dostępnych danych dotyczących krwi wykazano, że przedstawiona metoda umożliwia oszacowanie ilości i masy właściwej mikrocząstek w polu sił odśrodkowych. Dokładność takiego szacowania generalnie zależy od precyzji odwzorowania kształtów, stopnia wypełnienia frakcji mikrocząsteczkami oraz od indywidualnego rozkładu ilościowego i wymiarowego tych cząstek w badanej frakcji. Powyższe wnioski, stanowiące o dokładności prezentowanej metody, w publikacji zweryfikowano z wykorzystaniem ogólnie dostępnych w literaturze danych reologicznych krwi. Jednocześnie na podstawie uzyskanych wyników obliczeniowych wykazano wpływ kształtu pojemników pomiarowych na stopień wypełnienia danej frakcji mikrocząsteczkami.

Słowa kluczowe

EN

fractionation of biological mixtures; fractionation of blood components; erythrocyte model; erythrocyte shape; blood components

PL

frakcjonowanie mieszanin biologicznych; frakcjonowanie składników krwi; model erytrocytu; kształt erytrocytu; składniki krwi

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 68, nr 3
• Strony: 15--34
• Opis fizyczny: Bibliogr. 40 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Górka Andrzej

• Wojskowa Akademia Techniczna, Instytut Optoelektroniki, ul. gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa

Bibliografia

• [1] BRETTLER D.B., LEVINE P., Factor concentrates for treatment of hemophilia: Which one to choose?, Blood, Vol. 73, No. 8, 1989, 2067-2073, www.bloodjournal.org.
• [2] NISHIYAMA K., OKUDERA T., WATANABE T., AND OTHERS, Basic characteristics of plazma rich in growth factors (PRGF): blood cell components and biological effects, Clinical and Experimental Dental Research, published by John Wiley & Sons Ltd., 2016, www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5839250/
• [3] Lymphocyte Separation Medium for Isolation of Peripheral Blood Mononuclear Cells, MP Biomedicals Europe 2018, www.mpbio.com.
• [4] KONOPKA M., KOWALSKI Z., FELA K., KLAMECKA A., CHOLEWA J., Otrzymywanie plazmy metodą wirowania krwi – charakterystyka procesu, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Czasopismo Techniczne: Chemia, 2007, R.104, 1-Ch/2007, 67-74, https://suw.biblos.pl.edu.pl.
• [5] ROSIEK A., Hemafereza lecznicza i inne wybrane zagadnienia, Journal of Transfusion Medicine 2012, tom 5, nr 3, 140-145, www.fce.viamedica.pl.
• [6] Praca zbiorowa, Wytyczne w zakresie leczenia krwią i jej składnikami oraz produktami krwiopochodnymi w podmiotach leczniczych, Publikacja sfinansowana przez ministra zdrowia w ramach programu: Zapewnienie samowystarczalności Rzeczypospolitej Polskiej w zakresie krwi, jej składników i produktów krwiopochodnych, Copyright by Wojskowy Instytut Medyczny, Warszawa 2014, www.wim.mil.pl, Wyd. II, WEMA Wydawnictwo – Poligrafia Sp. z o. o., Warszawa 2014.
• [7] CROCCO I., FRANCHINI M., GAROZZO G., GANDINI A.R., GANDINI G., BONOMO P., APRILI G., Adverse reactions in blood and apheresis donors: experience from two Italian transfusion centres, Blood Transfus 2009,7, 35-8 (doi 10.2450/2008.0018-08).
• [8] BIALKOWSKI W., BLANK R.D., ZHENG C., GOTTSCHALL J.L., PAPANEK P.E., Impact of frequent apheresis blood donation on bone density: A prospective, longitudinal, randomized, controlled trial, Bone Reports 10 (2019) 100188, www.elsevier.com/locate/bonr.
• [9] INFANTI L., Red cell apheresis: pros and cons, International Society of Blood Transfusion, 2017, ISBT Science Series (2018) 13, 16-22, https://onlinelibrary.wiley.com (doi: 10.1111/voxs. 12397).
• [10] PIAO L., PARK H., HYUNCHUL JO CH., Theoretical prediction and validation of cell recovery rates in preparing platelet-rich plasma through a centrifugation, Plos One, November 2, 2017, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0187509.
• [11] HAJJAWI O.S., Human red blood cells-1, American Journal Life Sciences 2013, 1(5),195-214, www.sciencepublishinggroup.com/j/ajls.
• [12] SCHALLMOSER K., STRUNK D., Preparation of pooled human platelet Lysate (pHPL) as an efficient supplement for animal serum-free human stem cell cultures, PubMed, Journal of Visualized Experiments, October 2009, www.researchgate.net.
• [13] Drela N., Wprowadzenie do cytometrii przepływowej: metody znakowania komórek, Zakład Immunologii WB UW 2018, www.biol.uw.edu.pl.
• [14] Cytometria przepływowa BD, BD Bioscience 2018, www.biotechnologia.pl, www.bdbiosciences.co.eu.
• [15] SĘDEK Ł., SONSALA A., SZCZEPAŃSKI T., MAZUR B., Techniczne aspekty cytometrii przepływowej, Journal of Laboratory Diagnostic 2010, Vol. 46, No. 4, 415-420.
• [16] Cytometria przepływowa BD, BD Bioscience 2018, www.biotechnologia.pl, www.bdbiosciences.co.eu.
• [17] Particle Separation, Beckman Coulter Life Sciences 2018, www.beckman.com.
• [18] OLIVA L., BARON C., FERNANDEZ-LOPEZ J.A., REMESAR X., ALEMANY M., Marked increase in rat red blood cell membrane protein glycosylation by one-month treatment with a cafeteria diet, PeerJ, Copyright 2015 Oliva et.al. (doi 10.7717/peerJ.1101), www.peerj.com.
• [19] Izolacja oraz analiza wybranych parametrów płytek krwi, cz. 2, Innowacje Nauka technologie 2018, www.laboratorium.net.
• [20] NOROUZI N., BHAKTA H.C., GROVER W.H., Sorting cells by their density, PLOS One 2017, Vol. 12(7).
• [21] GÓRKA A., Viscosity and surface tension in the biological microparticle filtration process, Biuletyn WAT, vol. LXVII, Nr 1, 2018, Warszawa 2018, www.biuletynwat.pl.
• [22] GÓRKA A., Frakcjonowanie mikrocząstek biologicznych w polu grawitacji i polu sił odśrodkowych, Biuletyn WAT, vol. LXVIII, Nr 1, 2019, Warszawa 2019, www.biuletynwat.pl.
• [23] TOMAIUOLO G., Biomechanical properties of red blood cells in health and disease towards microfluidics, Biomicrofluidics 8, 051501, 2014 (http://dx.doi.org/10.1063/1.4895755).
• [24] HIGGINS J.M., MAHADEVAN L., Physiological and pathological population dynamics of circulation human red blood cells, PNAS 2010, Vol. 107, No. 47, 20587-20592, www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1012747107.
• [25] HORBACHEVSKY I.YA., Physiology of red blood cells, erythron, respiratory pigments, rheological properties of blood, Termopil National Medical University 2018, https://moodle.tdmu.edu.ua
• [26] Badanie krwi, www.eduteka.pl © 2017.
• [27] GUCKENBERGER A., KIHM A., JOHN T., WAGNER C., GEKLE S., Numerical – experimental observation of shape bistability of red blood cells flowing in a microchannel, 19 Nov. 2017, www.physics.bio-ph.com.
• [28] MUNOZ S., SEBASTIAN J.L., SANCHO M., ALVAREZ G., Modeling human erythrocyte shape and size abnormalities, Cornell University 2015, www.arxiv.org.
• [29] KIM J., LEE H.Y., SHIN S., Advances in the measurement of red blood cells deformability: A brief review, Journal of Cellular Biotechnology 1/2015, 63-79.
• [30] USTINOV V.D., On inverse reconstruction problems of erythrocyte size distribution in laser diffractometry, Matem. Mod. 2017, Vol. 29, No. 3, 51-62.
• [31] Pappus’s centroid theorem, 2018, https://en.wikipedia.org
• [32] ETCHEVERRY S., GALLARDO M.J., SOLANO P., SUWALSKY M., MESQUITA O.N., SAAVEDRA C., Real-time study of shape and thermal fluctuations in the echinocyte transformation of human erythrocytes using defocusing micoroscopy, Journal of Biomedical Optics 12/28/2018, www.spiedigitallibrary.org.
• [33] VUCA P.V., KIKINDA, Determining the diameter of erythrocyte by means of manual laser, IOSR Journal of Applied Physics (IOSR-JAP), vol. 6, Issue 3, ver. I, 2014, www.iosrjournals.org.
• [34] WRIEDT T., HELLMERS J., EREMINA E., SCHUH R., Light scattering by single erythrocyte: Comparison of different methods, Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer, 100 (2006) , 441-456, www.elsevier.com.
• [35] Cassini oval, 2018, www.wikipedia.org
• [36] KARATAS M., A multi foci closed curve: Cassini oval, its properties and applications, Dogus Universitesi Dergisi 14(2) 2013, 231-248, www.nps.edu.
• [37] TRUDNOWSKI R.J., RICO R.C., Specific gravity of blood and plasma at 4 and 37oC, Clinical Chemistry, Vol. 20, No. 5, 1974, 615-616.
• [38] REZNIKOFF P., A method for the determination of the specific gravity of blood cells, Journal of Experimental Medicine, 1923 Sep. 30, 38(4), 441-445.
• [39] Density of Blood, The Physics Factbook 2018, https://hypertextbook.com/act/2004/MichaelShmukler.shtml
• [40] DIEZ-SIVA M., DAO M., HAN J., LIM CH-T., SURESH S., Shape and biomechanical characteristics of human red blood cells in health and disease, HHS Public Access MRS Bull. 2010 May, 35(5), 382-388, www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/.

Uwagi

Źródło finansowania pracy - środki własne autora.