Механические свойства поверхности клеток эпителия желудка у пациентов с онкологической патологией

Цель исследования: изучить эффективность использования атомно-силовой микроскопии для выявления различий в структурных и механических свойствах клеток эпителия желудка в норме и при раке желудка.

Материал и методы. Проведена оценка структурных и механических свойств мембраны клеток эпителия слизистой оболочки желудка 7 пациентов с раком желудка с помощью атомно-силовой микроскопии в контактном режиме сканирования.

Результаты. Сравнение размеров и формы клеток слизистой оболочки желудка (СОЖ), их здоровых и опухолевых участков показало, что в обоих случаях они имеют округлую слегка вытянутую форму и близкие размеры: длина × ширина × высота клетки в норме составляет 7,5 × 6,8 × 0,6 мкм, а при онкологической патологии - 7,2 × 6,9 × 1,0 мкм. Для опухолевых клеток характерно увеличение на 13 % шероховатости поверхности по сравнению с нормальными клетками эпителия. Метод микроскопии латеральных сил позволяет получить сведения о структуре подмембранного кортикального слоя цитоскелета клетки. Согласно экспериментальным данным, уменьшение значения величины силы трения (Fl) в клетках эпителия из здоровых участков СОЖ в 2,48 раза по сравнению с раковыми клетками свидетельствует об увеличении плотности и организованности кортикального слоя цитоскелета в норме.

Заключение. В ходе анализа экспериментальных данных установлено, что раковые клетки из слизистой оболочки желудка отличаются по наномеханическим свойствам от здоровых клеток: они характеризуются более шероховатой поверхностью, которая состоит из меньшего количества структурных элементов большего размера. Показана связь друг с другом показателей фрикционных свойств поверхности клеток: величин сил трения и шероховатости карты сил трения.

1. World Health Organization. (2018). World health statistics 2018: monitoring health for the SDGs, sustainable development goals. World Health Organization. https://apps.who.int/iris/handle/10665/272596

2. Рак: информационный бюллетень ВОЗ [Электронный детектив]. [Дата обращения: 28 янв. 2021]. Режим доступа: https://www.who.int/ru/news-room/fact-sheets/detail/cancer

3. Алгоритм диагностики и лечения злокачественных новообразований. Клинический протокол. Министерство здравоохранения Республики Беларусь, Минск, Беларусь: Профессиональные издания; 2019. с. 97

4. Zhao Y, Zhang TB, Bao CH, Chen XY, Wang Y, Wang Q. Physical properties of gastrointestinal stromal tumors based on atomic force microscope analysis. Genet Mol Res. 2013;12:5774–5785. https://doi.org/10.4238/2013.November.22.4

5. Стародубцева МН. Параметры архитектоники АСМ-карт поверхности эпителиальных клеток карциномы молочной железы MCF-7. Проблемы здоровья и экологии. 2017;(4):60-65. https://journal.gsmu.by/jour/article/view/1839

6. Шафорост АС, Воропаев ЕВ, Стародубцева МН, Ачинович СЛ. Метод исследования наномеханических свойств клеток эпителия желудка с использованием атомно-силовой микроскопии. В: Актуальные проблемы медицины, Т. 4, Гомель, Беларусь: 2019. С. 144–7.

7. Li Q, Kim K-S, Rydberg A. Lateral force calibration of an atomic force microscope with a diamagnetic levitation spring system. Review of Scientific Instruments. 2006;77:065105-1–13. https://doi.org/10.1063/1.2209953.

8. Воропаев ЕВ, Шафорост АС. Наномеханические свойства поверхности клеток эпителия слизистой оболочки у пациентов с раком желудка. Перспективи розвитку сучасної науки та освіти (частина І), Львів; 2020. С. 48–50.

9. Wang Y, Xu C, Jiang N, Zheng L, Zeng J, Qiu C, et al. Quantitative analysis of the cell-surface roughness and viscoelasticity for breast cancer cells discrimination using atomic force microscopy. Scanning. 2016;38:558–63. https://doi.org/10.1002/sca.21300

10. Kolwankar KM, Karle NN. A simple method to estimate fractal dimension of mountain surfaces. ArXiv:14122747 [Physics] 2014. https://arxiv.org/pdf/1412.2747.pdf (accessed January 29, 2021).