Summary

量化的内皮细胞糖复合物的力学性能,用原子力显微镜

Published: February 21, 2013
doi:

Summary

内皮糖萼的机械特性测定压痕使用AFM的悬臂上的微米大小的球体。内皮细胞培养在一个自定义的腔室,在生理流动条件下,诱导糖萼表达。使用薄膜的模型,以确定具有糖萼厚度和弹性模量的数据进行了分析。

Abstract

我们理解白细胞捕获期间的白细胞与血管壁的相互作用的限制由内皮表面层的机械性能的一个不完整的理解。它是已知的非均匀分布的白细胞粘附分子相对于表面拓朴图3,该地形限制粘结形成其他的表面9,并且,生理上的接触力(≈5.0 – :10.0,PN每微绒毛)可以为压缩的微绒毛少三分之一其休息的长度,增加分子的可访问性的相对表面3,7。我们认为,血管内皮细胞的两层结构,相对刚性的单元主体,加上糖萼腔表面6上,一个软保护糖衣。它已被证明,糖复合物可以作为阻挡减少白细胞粘附于内皮表面4。在这份报告中,我们着手解决的内皮细胞表面的变形,以了解血管内皮的机械刚度,可能会影响债券的形成。静态培养中生长的血管内皮细胞不表达一个强大的糖复合物,但在生理流动条件下生长的细胞开始观察体内的糖复合物。内皮细胞体的模量,已使用原子力显微镜(AFM)测定的,是大约5到20千帕5。的糖复合物中的厚度和结构进行了研究,使用电子显微镜8,和已糖复合物的模量的近似使用间接的方法,但就我们所知,没有已经发表在活细胞中的蛋白质复合物的弹性模量的直接测量的报告。在这项研究中,我们提出了一个新的原子力显微镜探针对细胞已培养的条件下,最大限度地发挥他们的糖被表达马压痕实验科的直接测量的弹性模量和厚度的内皮糖萼。

Protocol

1。方法 1.1细胞流动室甲流室, 如图1中所示,构建了使细胞可为1.0帕(10达因/厘米2)的剪切下生长,然后直接转移到一个的庇护MFP3D原子力显微镜(圣巴巴拉,加利福尼亚州)。 流动室,制备实验首先通过清洗载玻片的Piranha溶液(3:1 H 2 SO 4:H 2 O 2)为15分钟,然后用蒸馏水洗涤。然后将它们进行烘烤,以干燥?…

Representative Results

在一个典型的实验中,从一个给定区域的细胞得到的20的力与距离曲线,通常在核周区域,靠近,但不包括在核(〜2μm的范围内)。曲线,考虑到对准测量的持续时间的任何样品漂移,然后取平均值,以除去悬臂噪音,如在图4中示出。曲线进行了分析和合适的被开发用于确定的弹性模量和厚度的薄的聚合物膜1的两个层模型。从拟合的曲线的25个细胞中,我们已经确定,管腔?…

Discussion

我们使用从两层模型和Hertz理论建模的循环血液中的白细胞与血管内皮壁的相互作用的计算出的值。我们计算一个微绒毛上与10 PN负载下的直径为50nm的白细胞会缩进约150nm到糖萼,只有一小部分的总厚度。这表明,糖复合物,与如在本实验中测得的性能,是一种显着的细胞 – 细胞相互作用的障碍,并可以是一个大的空间位阻的细胞期间必须克服的白细胞粘附的粘附级联期间。

?…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

笔者想感谢埃琳娜Lomakina,理查德·Bauserman,玛格丽特杨曼,吉Vaknin,杰西卡·斯奈德,克里斯Striemer,纳库尔Nataraj,红栗橱嗯的,TEJAS Khire,和Eric林对他们的援助,这个项目的。该项目是由美国国立卫生研究院PO1 HL 018208。

Materials

Name of Reagent/Material Company Catalog Number Comments
McCoy’s Medium Gibco 16600-082
Fetal Calf Serum Hyclone SH30070
Endothelial Cell Growth Medium Vec Technologies MCDB-131
Pooled Human Umbilical Vein Endothelial Cells Vec Technologies PHUVEC/T-25
Sulfuric Acid JT Baker 9681-02
Hydrogen Peroxide VWR BDH3742-1
(3-aminopropyl)triethoxysilane Aldrich 440140-100ML
Isopropyl Alcohol VWR BDH8999-4
Trypsin Cellgro 25-054-C1
Hank’s Buffered Salt Solution Gibco 14175-095
sulfo-NHS-LC-Biotin Thermo Scientific 21335
Streptavadin beads Dynabeads 112.06D
MFP-3D AFM Asylum Research
Tipless Cantilevers Nanoworld ARROW-TL1-50
Silhouette SD Quickutz Silhouette-SD
Silicone Rubber Stockwell Elastomerics SE50-RS
30 ml Syringes Benton Dickinson 309650
18 gauge needles Benton Dickinson 305196
Extension Sets Hospira 4429-48
4 way valves Teleflex W21372
Male/Female Port Caps Smith’s Medical MX491B
Peristaltic Pump Watson-Marlow 401U/D
Peristaltic Tubing Watson-Marlow 903.0016.016
sterile filters Pall Life Science 4652

Referências

  1. Clifford, C., Seah, M. Nanoindentation measurement of young’s modulus for compliant layers on stiffer substrates including the effect of poisson’s ratios. Nanotechnology. , (2009).
  2. Gouverneur, M., Spaan, J. A. E., Pannekoek, H., Fontijn, R. D., Vink, H. Fluid shear stress stimulates incorporation of hyaluronan into endothelial cell glycocalyx. Am. J. Physiol. Heart. Circ. Physiol. 290 (1), 458-452 (2006).
  3. Hocde, S. A., Hyrien, O., Waugh, R. E. Cell adhesion molecule distribution relative to neutrophil surface topography assessed by tirfm. Biophysical Journal. 97 (1), 379-387 (2009).
  4. Lipowski, H. H. The endothelial glycocalyx as a barrier to leukocyte adhesion and its mediation by extracellular proteases. Annals of biomedical engineering. 40 (4), 840-848 (2012).
  5. Lu, L., Oswald, S. J., Ngu, H., Yin, F. C. P. Mechanical properties of actin stress fibers in living cells. Biophysical Journal. 95 (12), 6060-6071 (2008).
  6. Pries, A. R., Secomb, T. W., Gaehtgens, P. The endothelial surface layer. Pflugers Archiv. European Journal of Physiology. 440 (5), 653-666 (2000).
  7. Spillmann, C. M., Lomakina, E., Waugh, R. E. Neutrophil adhesive contact dependence on impingement force. Biophysical Journal. 87 (6), 4237-4245 (2004).
  8. vanden Berg, B. M., Vink, H., Spaan, J. A. E. The endothelial glycocalyx protects against myocardial edema. Circulation Research. 92 (6), 592-594 (2003).
  9. Williams, T. E., Nagarajan, S., Selvaraj, P., Zhu, C. Quantifying the impact of membrane microtopology on effective two-dimensional affinity. J. Biol. Chem. 276 (16), 13283-138 (2001).
  10. Vink, H., Duling, B. Identification of Distinct Luminal Domains for Macromolecules, Erythrocytes, and Leukocytes Within Mammalian Capillaries. Circulation Research. 79, 581-589 (1996).
check_url/pt/50163?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
Marsh, G., Waugh, R. E. Quantifying the Mechanical Properties of the Endothelial Glycocalyx with Atomic Force Microscopy. J. Vis. Exp. (72), e50163, doi:10.3791/50163 (2013).

View Video