Анализ рельефа опухолевых клеток MCF-7 при апоптических изменениях на основе фазово-контрастных изображений, полученных методом лазерной интерференционной микроскопии
Автор: Игнатова Анна Михайловна, Никитюк Александр Сергеевич, Баяндин Юрий Витальевич, Гришко Виктория Викторовна, Наймарк Олег Борисович
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 2 т.14, 2021 года.
Бесплатный доступ
Данные о рельефе поверхности клетки позволяют прогнозировать ее поведение и являются индикатором, дающим возможность оценить, находится ли клетка в состоянии апоптоза, то есть в состоянии гибели за счет активации внутриклеточных реакций (такое состояние клетки возникает как при нормальном развитии, так и в результате патологического процесса). Универсального метода регистрации состояния рельефа клетки и других ее механобиологических параметров не выработано, перспективной представляется лазерная интерференционная микроскопия. Цель работы - анализ поверхности опухолевых клеток при апоптических изменениях клеток рака молочной железы по фазово-контрастным (фазовым) изображениям, полученным методом лазерной интерференционной микроскопии (ЛИМ). Объектом данного исследования служат клетки линии MCF-7 (эпителиоподобной линии, образуемой клетками аденокарциномы протоков молочной железы человека) в нативном (со структурой непораженной клетки) состоянии и состоянии индуцированного апоптоза под действием противоопухолевого антибиотика доксорубицина. Изучение поверхности клеток основывается на интерпретации изолиний, построенных по данным об оптической толщине клеток и их морфологии в совокупности. По фазовым изображениям клеток определяются их общие морфометрические показатели. Визуализация оптических данных и их интерпретация выполняется с использованием программного обеспечения ImageJ-Fiji. Согласно критерию Уилкокснона-Манна-Уитни взятые для исследования выборки данных о клетках достоверно различны по их максимальному диаметру, периметру и коэффициенту сферичности. По результатам анализа изолинейных изображений построена диаграмма фазового состояния клеток в нативном состоянии и в состоянии апоптоза. Согласно диаграмме, в целом площадь сечений апоптозных клеток значительно меньше, чем площадь сечений нативных клеток на тех же координатах высоты. Характеристика клеток в рамках предложенной фазовой диаграммы согласуется с морфологическими признаками процесса апоптоза клеток, который регистрируется с помощью классических методов микроскопии. Построение диаграмм состояния клеток по параметрам их рельефа является перспективным для слежения за клеточном поведением и его прогнозирования, а также для оценки эффекта действия препаратов и терапевтических методов воздействия на патологические проявления.
Механобиология клетки, лазерная микроскопия, анализ изображений, рельеф клетки, изолинии, апоптоз, критерий уилкокснона-манна-уитни
Короткий адрес: https://sciup.org/143174605
IDR: 143174605 | DOI: 10.7242/1999-6691/2021.14.2.14
Список литературы Анализ рельефа опухолевых клеток MCF-7 при апоптических изменениях на основе фазово-контрастных изображений, полученных методом лазерной интерференционной микроскопии
- Zhang C., Wang F., Gao Z., Zhang P., Gao J., Wu X. Regulation of hippo signaling by mechanical signals and the cytoskeleton // DNA Cell Biol. 2020. Vol. 39. P. 159-166. https://doi.org/10.1089/dna.2019.5087
- Vaidžiulytė K., Coppey M., Schauer K. Intracellular organization in cell polarity – placing organelles into the polarity loop // J. Cell Sci. 2019. Vol. 132. jcs230995. https://doi.org/10.1242/jcs.230995
- Etienne-Manneville S. Cytoplasmic intermediate filaments in cell biology // Annu. Rev. Cell. Dev. Biol. 2018. Vol. 34. P. 1-28. https://doi.org/10.1146/annurev-cellbio-100617-062534
- Pegoraro A.F., Janmey P., Weitz D.A. Mechanical properties of the cytoskeleton and cells // Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 2017. Vol. 9. a022038. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a022038
- Fletcher D.A., Mullins R.D. Cell mechanics and the cytoskeleton // Nature. 2010. Vol. 463. P. 485-492. https://doi.org/10.1038/nature08908
- Armistead F.J., Gala De Pablo J., Gadêlha H., Peyman S.A., Evans S.D. Cells under stress: An inertial-shear microfluidic determination of cell behavior // Biophys. J. 2019. Vol. 116. P. 1127-1135. https://doi.org/10.1016/j.bpj.2019.01.034
- Chen Z., Luo Q., Yuan L., Song G. Microgravity directs stem cell differentiation // Histol. Histopathol. 2017. Vol. 32. P. 99-106. https://doi.org/10.14670/HH-11-810
- Bauer J. Microgravity and cell adherence // Int. J. Mol. Sci. 2020. Vol. 21. 2214. https://doi.org/10.3390/ijms21062214
- Lin W., Zhang G., Cao P., Zhang D., Zheng Y., Wu R., Qin L., Wang G., Wen T. Cytotoxicity and its test methodology for a bioabsorbable nitrided iron stent // J. Biomed. Mater. Res. B Appl. Biomater. 2015. Vol. 103. P. 764-776. https://doi.org/10.1002/jbm.b.33246
- Partovinia A., Vatankhah E. Experimental investigation into size and sphericity of alginate micro-beads produced by electrospraying technique: Operational condition optimization // Carbohydr. Polym. 2019. Vol. 209. P. 389-399. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2019.01.019
- Nebogatikov V., Nikitiuk A., Konysheva A., Ignatyev P., Grishko V., Naimark O. Study of morphological changes in breast cancer cells MCF-7 under the action of pro-apoptotic agents with laser modulation interference microscope MIM-340 // AIP Conf. Proc. 2017. Vol. 1882. 020053. https://doi.org/10.1063/1.5001632
- Naimark O. Mesoscopic cell dynamics in different environment and problem of cancer // AIP Conf. Proc. 2019. Vol. 2167. 020237. https://doi.org/10.1063/1.5132104
- Lehmann E.L., D'Abrera H.J.M. Nonparametrics: statistical methods based on ranks. Springer, 2006. 464 р.
- Elmore S. Apoptosis: A review of programmed cell death // Toxicol. Pathol. 2007. Vol. 35. P. 495-516. https://doi.org/10.1080/01926230701320337