כימות תכונות המכאניות של Glycocalyx האנדותל עם מיקרוסקופי כוח אטומי
Summary
המאפיינים המכאניים של glycocalyx אנדותל נמדדו על ידי כניסה באמצעות כדורים בגודל מיקרון על cantilevers AFM. תאי אנדותל בתרבית בתא מותאם אישית תחת תנאי זרימה פיסיולוגיים לגרום ביטוי glycocalyx. נתונים נותחו באמצעות מודל סרט דק כדי לקבוע את העובי ומודולוס glycocalyx.
Abstract
ההבנה של האינטראקציה של לויקוציטים ודופן כלי הדם במהלך לכידת יקוציט מוגבל על ידי הבנה חלקית של התכונות המכאניות של שכבת פני השטח האנדותל. זה ידוע כי מולקולות דבקות על תאי דם לבנים מופצות לא אחידה ביחס למשטח 3 טופוגרפיה, הטופוגרפיה שמגבילה היווצרות קשרים עם דבק משטחים אחרים 9, וכי כוחות המגע פיסיולוגיים (≈ 5.0-10.0 PN לmicrovillus) יכולים לדחוס את microvilli כל קטן כשליש מאורך המנוחה שלהם, להגדיל את הנגישות של מולקולות על פני השטח היריב 3, 7. אנו רואים האנדותל כמבנה דו שכבתי, גוף התא הקשיח יחסית, בתוספת glycocalyx, ציפוי סוכר מגן רך על פני שטח luminal 6. הוכח שglycocalyx יכול לפעול כמחסום להפחתת הידבקות של לויקוציטים לאנדותל 4 משטח.בדו"ח זה אנו מתחילים להתייחס deformability של משטחי אנדותל להבין כיצד הקשיחות המכאנית האנדותל עשויה להשפיע על היווצרות קשרים. תאי האנדותל הגדלים בתרבית סטטית אינם מבטאים glycocalyx חזק, אבל תאים שגודלו בתנאי זרימה פיסיולוגיות מתחילים המשוער glycocalyx נצפה בvivo 2. מודולוס של גוף התא האנדותל כבר נמדד באמצעות מיקרוסקופ כוח אטומי (AFM) כדי להיות כ 5-20 kPa 5. עובי המבנה של glycocalyx נחקרו באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים 8, ומודול של glycocalyx כבר מקורב תוך שימוש בשיטות עקיפות, אבל למיטב ידיעתנו, לא חל כל דו"חות רשמיים של מדידה ישירה של מודולוס glycocalyx בתאים חיים . במחקר זה, אנו מציגים ניסויים שנעשו עם הזחת רומן AFM בדיקה על תאים שכבר בתרבית בתנאים למקסם ביטוי glycocalyx למאמדידה ישירה של ke מודולוס והעובי של glycocalyx אנדותל.
Protocol
Representative Results
Discussion
אנחנו השתמשנו ערכים מחושבים מהמודל דו שכבתי ותאורית הרץ למודל האינטראקציה של יקוציט במחזור הדם עם קיר אנדותל. אנו כי יש לחשב את microvillus על יקוציט בקוטר של 50 ננומטר בעומס 10 PN הייתי כניסה כ 150 ננומטר לglycocalyx, רק חלק קטן מהעובי הכולל. זה מצביע על כך glycocalyx, עם מאפיינים כפי שנמ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מבקשים להודות לאלנה Lomakina, ריצ'רד Bauserman, מרגרט יונגמן, השי וקנין, ג'סיקה סניידר, כריס Striemer, Nakul Nataraj, האנג לי צ'ונג, Tejas Khire, ואריק לאם על סיועם בפרויקט זה. פרויקט זה מומן על ידי NIH # 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 |
References
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Pries, A. R., Secomb, T. W., Gaehtgens, P. The endothelial surface layer. Pflugers Archiv. European Journal of Physiology. 440 (5), 653-666 (2000).
- Spillmann, C. M., Lomakina, E., Waugh, R. E. Neutrophil adhesive contact dependence on impingement force. Biophysical Journal. 87 (6), 4237-4245 (2004).
- vanden Berg, B. M., Vink, H., Spaan, J. A. E. The endothelial glycocalyx protects against myocardial edema. Circulation Research. 92 (6), 592-594 (2003).
- 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).
- Vink, H., Duling, B. Identification of Distinct Luminal Domains for Macromolecules, Erythrocytes, and Leukocytes Within Mammalian Capillaries. Circulation Research. 79, 581-589 (1996).
