Reduced blood flow, as occurring in ischemia or resulting from exposure to microgravity such as encountered in space flights, induces a decrease in the level of shear stress sensed by endothelial cells forming the inner part of blood vessels. In the present study, we use a microvasculature-on-a-chip device in order to investigate in vitro the effect of such a reduction in shear stress on shear-adapted endothelial cells. We find that, within 1 h of exposition to reduced wall shear stress, human umbilical vein endothelial cells undergo reorganization of their actin skeleton with a decrease in the number of stress fibers and actin being recruited into the cells’ peripheral band, indicating a fairly fast change in the cells’ phenotype due to altered flow.

1.
J.-J.
Chiu
and
S.
Chien
,
Physiol. Rev.
91
,
327
(
2011
).
2.
P. F.
Davies
,
Nat. Rev. Cardiol.
6
,
16
(
2008
).
3.
S.
Chien
,
Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol.
292
,
H1209
(
2007
).
4.
N.
Resnick
,
H.
Yahav
,
A.
Shay-Salit
,
M.
Shushy
,
S.
Schubert
,
L. C. M.
Zilberman
, and
E.
Wofovitz
,
Prog. Biophys. Mol. Biol.
81
,
177
(
2003
).
5.
A. M.
Malek
and
S.
Izumo
,
J. Cell. Sci.
109
,
713
(
1996
).
6.
M. J.
Levesque
,
R. M.
Nerem
, and
E. A.
Sprague
,
Biomaterials
11
,
702
(
1990
).
7.
K.
Lin
,
P. P.
Hsu
,
B. P.
Chen
,
S.
Yuan
,
S.
Usami
,
J. Y.
Shyy
,
Y. S.
Li
, and
S.
Chien
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
97
,
9385
(
2000
).
8.
A. M.
Malek
and
S.
Izumo
,
J. Biomech.
28
,
1515
(
1995
).
9.
M. J.
Levesque
and
R. M.
Nerem
,
J. Biomech. Eng.
107
,
341
(
1985
).
10.
O.
Traub
and
B. C.
Berk
,
Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol.
18
,
677
(
1998
).
11.
S.
Reitsma
,
D. W.
Slaaf
,
H.
Vink
,
M. A. M. J.
van Zandvoort
, and
M. G. A.
Oude Egbrink
,
Pflugers Arch.
454
,
345
(
2007
).
12.
J. A.
Florian
,
J. R.
Kosky
,
K.
Ainslie
,
Z.
Pang
,
R. O.
Dull
, and
J. M.
Tarbell
,
Circ. Res.
93
,
H1145
(
2003
).
13.
M. M.
Thi
,
J. M.
Tarbell
,
S.
Weinbaum
, and
D. C.
Spray
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
101
,
16483
(
2004
).
14.
Y.
Zeng
and
J. M.
Tarbell
,
PLoS ONE
9
,
e86249
(
2014
).
16.
E.
Tzima
,
M.
Irani-Tehrani
,
W. B.
Kiosses
,
E.
Dejana
,
D. A.
Schultz
,
B.
Engelhardt
,
G.
Cao
,
H.
DeLisser
, and
M. A.
Schwartz
,
Nature
437
,
426
(
2005
).
17.
V.
Rizzo
,
C.
Morton
,
N.
DePaola
,
J. E.
Schnitzer
, and
P. F.
Davies
,
Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol.
285
,
H1720
(
2003
).
18.
J. M.
Tarbell
and
M. Y.
Pahakis
,
J. Intern. Med.
259
,
339
(
2006
).
19.
S.
Noria
,
D. B.
Cowan
,
A. I.
Gotlieb
, and
B. L.
Langille
,
Circ. Res.
85
,
504
(
1999
).
20.
S.
Noria
,
F.
Xu
,
S.
McCue
,
M.
Jones
,
A. I.
Gotlieb
, and
B. L.
Langille
,
Am. J. Pathol.
164
,
1211
(
2004
).
21.
R. P.
Franke
,
M.
Gräfe
,
H.
Schnittler
,
D.
Seiffge
,
C.
Mittermayer
, and
D.
Drenckhahn
,
Nature
307
,
648
(
1984
).
22.
C. G.
Galbraith
,
R.
Skalak
, and
S.
Chien
,
Cell Motil. Cytoskeleton
40
,
317
(
1998
).
23.
A. J.
Wong
,
T. D.
Pollard
, and
I. M.
Herman
,
Science
219
,
867
(
1983
).
24.
V.
Nehls
and
D.
Drenckhahn
,
Microvasc. Res.
42
,
103
(
1991
).
25.
B. L.
Langille
,
J. J.
Graham
,
D.
Kim
, and
A. I.
Gotlieb
,
Arterioscler. Thromb.
11
,
1814
(
1991
).
26.
D. W.
Kim
,
A. I.
Gotlieb
, and
B. L.
Langille
,
Arteriosclerosis
9
,
439
(
1989
).
27.
P. L.
Walpola
,
A. I.
Gotlieb
, and
B. L.
Langille
,
Am. J. Pathol.
142
,
1392
(
1993
).
28.
A. D.
van der Meer
,
A. A.
Poot
,
J.
Feijen
, and
I.
Vermes
,
Biomicrofluidics
4
,
011103
(
2010
).
29.
C.
Zheng
,
X.
Zhang
,
C.
Li
,
Y.
Pang
, and
Y.
Huang
,
Anal. Chem.
89
,
3710
(
2017
).
30.
F.
Tovar-Lopez
,
P.
Thurgood
,
C.
Gilliam
,
N.
Nguyen
,
E.
Pirogova
,
K.
Khoshmanesh
, and
S.
Baratchi
,
Front. Bioeng. Biotechnol.
7
,
pe6
(
2019
).
31.
B. R.
Blackman
,
G.
Garcıa Cardeña
, and
M. A.
Gimbrone
, Jr.,
J. Biomech. Eng.
124
,
397
(
2002
).
32.
L. H.
Ting
,
J. R.
Jahn
,
J. I.
Jung
,
B. R.
Shuman
,
S.
Feghhi
,
S. J.
Han
,
M. L.
Rodriguez
, and
N. J.
Sniadecki
,
Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol.
302
,
H2220
(
2012
).
33.
K. G.
Birukov
,
A. A.
Birukova
,
S. M.
Dudek
,
A. D.
Verin
,
M. T.
Crow
,
X.
Zhan
,
N.
DePaola
, and
J. G. N.
Garcia
,
Am. J. Respir. Cell Mol. Biol.
26
,
453
(
2002
).
34.
P. R.
Girard
and
R. M.
Nerem
,
J. Cell. Physiol.
163
,
179
(
1995
).
35.
A. M.
Malek
,
S. L.
Alper
, and
S.
Izumo
,
J. Am. Med. Assoc.
282
,
2035
(
1999
).
36.
N.
Sakamoto
,
N.
Saito
,
X.
Han
,
T.
Ohashi
, and
M.
Sato
,
Biochem. Biophys. Res. Commun.
395
,
264
(
2010
).
37.
M.
Mohammed
,
P.
Thurgood
,
C.
Gilliam
,
N.
Nguyen
,
E.
Pirogova
,
K.
Peter
,
K.
Khoshmanesh
, and
S.
Baratchi
,
Anal. Chem.
91
,
12077
(
2019
).
38.
J. J.
Chiu
,
D. L.
Wang
,
S.
Chien
,
R.
Skalak
, and
S.
Usami
,
J. Biomech. Eng.
120
,
2
(
1998
).
39.
A. B.
Fisher
,
S.
Chien
,
A. I.
Barakat
, and
R. M.
Nerem
,
Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol.
281
,
L529
(
2001
).
40.
Y.
Manevich
,
A.
Al-Mehdi
,
V.
Muzykantov
, and
A. B.
Fisher
,
Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol.
280
,
H2126
(
2001
).
41.
J. R.
Leemreis
,
A. M. G.
Versteilen
,
P.
Sipkema
,
A. B. J.
Groeneveld
, and
R. J. P.
Musters
,
Cytometry
69A
,
973
(
2006
).
42.
T.
Milovanova
,
S.
Chatterjee
,
B. J.
Hawkins
,
N.
Hong
,
E. M.
Sorokina
,
K.
DeBolt
,
J. S.
Moore
,
M.
Madesh
, and
A. B.
Fisher
,
Biochim. Biophys. Acta Mol. Cell Res.
1783
,
1866
(
2008
).
43.
L. F.
Zhang
,
J. Appl. Physiol.
91
,
2415
(
2001
).
44.
R. L.
Hughson
,
A.
Helm
, and
M.
Durante
,
Nat. Rev. Cardiol.
15
,
167
(
2018
).
45.
M. D.
Delp
,
P. N.
Colleran
,
M. K.
Wilkerson
,
M. R.
McCurdy
, and
J.
Muller-Delp
,
Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol.
278
,
H1866
(
2000
).
46.
D.
Tsvirkun
,
A.
Grichine
,
A.
Duperray
,
C.
Misbah
, and
L.
Bureau
,
Sci. Rep.
7
,
45036
(
2017
).
47.
S.
Sheikh
,
G. E.
Rainger
,
Z.
Gale
,
M.
Rahman
, and
G. B.
Nash
,
Blood
102
,
2828
(
2003
).
48.
R.
Rezakhaniha
,
A.
Agianniotis
,
J. T. C.
Schrauwen
,
A.
Griffa
,
D.
Sage
,
C. V. C.
Bouten
,
F. N.
van de Vosse
,
M.
Unser
, and
N.
Stergiopulos
,
Biomech. Model Mechanobiol.
11
,
461
(
2011
).
49.
M. Y.
Pahakis
,
J. R.
Kosky
,
R. O.
Dull
, and
J. M.
Tarbell
,
Biochem. Biophys. Res. Commun.
355
,
228
(
2007
).
50.
K. B.
Betteridge
,
K. P.
Arkill
,
C. R.
Neal
,
S. J.
Harper
,
R. R.
Foster
,
S. C.
Satchell
,
D. O.
Bates
, and
A. H. J.
Salmon
,
J. Physiol.
595
,
5015
(
2017
).
51.
Y.
Zeng
,
X. F.
Zhang
,
B. M.
Fu
, and
J. M.
Tarbell
, in Molecular, Cellular, and Tissue Engineering of the Vascular System (Springer International Publishing, Cham, 2018), pp. 1–27.
52.
E. E.
Ebong
,
S. V.
Lopez-Quintero
,
V.
Rizzo
,
D. C.
Spray
, and
J. M.
Tarbell
,
Integr. Biol.
6
,
338
(
2014
).
53.
W.
Yen
,
B.
Cai
,
J.
Yang
,
L.
Zhang
,
M.
Zeng
,
J. M.
Tarbell
, and
B. M.
Fu
,
PLoS ONE
10
,
e0117133
(
2015
).
54.
S.
Baratchi
,
K.
Khoshmanesh
,
O. L.
Woodman
,
S.
Potocnik
,
K.
Peter
, and
P.
McIntyre
,
Trends Mol. Med.
23
,
850
(
2017
).
55.
C.
Wang
,
H.
Lu
, and
M. A.
Schwartz
,
J. Biomech.
45
,
1212
(
2012
).
56.
C.
Wang
,
B. M.
Baker
,
C. S.
Chen
, and
M. A.
Schwartz
,
Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol.
33
,
2130
(
2013
).
57.
G.
Dai
,
M. R.
Kaazempur-Mofrad
,
S.
Natarajan
,
Y.
Zhang
,
S.
Vaughn
,
B. R.
Blackman
,
R. D.
Kamm
,
G.
García-Cardeña
, and
M. A.
Gimbrone
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
101
,
14871
(
2004
).
58.
S.
Versari
,
A.
Villa
,
S.
Bradamante
, and
J. A. M.
Maier
,
Biochim. Biophys. Acta Mol. Cell Res.
1773
,
1645
(
2007
).
You do not currently have access to this content.