Preview

Проблемы здоровья и экологии

Расширенный поиск

Влияние рентгеновского излучения на наномеханические свойства поверхности эритроцитов крыс при гиперхолестериновой диете

https://doi.org/10.51523/2708-6011.2021-18-3-13

Полный текст:

Аннотация

Цель исследования. Методом атомно-силовой микроскопии (АСМ) выявить изменения параметров структурных и наномеханических свойств поверхности эритроцитов, вызванные действием рентгеновского излучения in vitro на цельную кровь крыс при гиперхолестериновой диете.

Материалы и методы. Кровь самцов крыс линии Wistar, содержавшихся в течение двух месяцев на гиперхолестериновой диете, подвергали действию рентгеновского излучения (320 кВ) в дозах 1 и 100 Гр. Структурные, упругие и адгезионные свойства поверхности изолированных и фиксированных раствором глутарового альдегида эритроцитов на наномасштабе изучали с помощью атомно-силового микроскопа BioScope Resolve в режиме записи PeakForceQNM на воздухе.

Результаты. Установлено увеличение жесткости поверхности эритроцитов при дозе 1 Гр и ее снижение практически до контрольных значений при дозе 100 Гр, которое сопровождалось увеличением размера средней ячейки мембранного скелета эритроцитов. При этом существенных изменений морфологии, адгезионных свойств и шероховатости рельефа эритроцитов не обнаружено.

Заключение. Полученные данные свидетельствуют о том, что рентгеновское излучение (1–100 Гр) вызывает дозозависимую реорганизацию структуры и изменение жесткости поверхностного слоя эритроцитов на наномасштабе без изменения морфологии клеток у крыс на гиперхолестериновой диете.

Об авторах

И. А. Челнокова
Институт радиобиологии НАН Беларуси
Беларусь

Челнокова Ирина Александровна, младший научный сотрудник, аспирант лаборатории экспериментальных биологических моделей 

Гомель



А. Н. Шклярова
Институт радиобиологии НАН Беларуси
Беларусь

Шклярова Анастасия Николаевна, младший научный сотрудник лаборатории экспериментальных биологических моделей 

Гомель



Е. В. Цуканова
Институт радиобиологии НАН Беларуси
Беларусь

Цуканова Елена Владимировна, младший научный сотрудник лаборатории экспериментальных биологических моделей 

Гомель



И. А. Никитина
Гомельский государственный медицинский университет
Россия

Никитина Ирина Александровна, к.б.н., заведующий кафедрой биологической химии 

Гомель



М. Н. Стародубцева
Институт радиобиологии НАН Беларуси; Гомельский государственный медицинский университет
Россия

Стародубцева Мария Николаевна, д.б.н., доцент, профессор кафедры медицинской и биологической физики;  главный научный сотрудник лаборатории экспериментальных биологических моделей 

Гомель



Список литературы

1. Sugihara K. Self-assembled lipid structures as model systems for studying electrical and mechanical properties of cell membranes. Chimia International Journal for Chemistry. 2016;70(11):805-809. DOI: https://doi.org/10.2533/chimia.2016.805

2. Shi Y, Cai M, Zhou L, Wang H. The structure and function of cell membranes studied by atomic force microscopy. Semin Cell Dev Biol. 2018;73:31-44. DOI: https://doi.org/10.1016/j.semcdb.2017.07.012

3. Jani VP, Lucas A, Jani VP, Munoz C, Williams AT, Ortiz D, et al. Numerical model for the determination of erythrocyte mechanical properties and wall shear stress in vivo from intravital microscopy. Front Physiol. 2020;10:1562. DOI: https://doi.org/10.3389/fphys.2019.01562

4. Shi Y, Cai M, Zhou L, Wang H. Measurement of mechanical properties of naked cell membranes using atomic force microscope puncture test. Talanta. 2020 Apr;210:120637. DOI: https://doi.org/10.1016/j.talanta.2019.120637

5. Steinkühler J, Sezgin E, Urbančič I, Eggeling C, Dimova R. Mechanical properties of plasma membrane vesicles correlate with lipid order, viscosity and cell density. Commun Biol. 2019;2:337. DOI: https://doi.org/10.1038/s42003-019-0583-3

6. Molugu TR, Brown MF. Cholesterol effects on the physical properties of lipid membranes viewed by solid-state nmr spectroscopy. Adv Exp Med Biol. 2019;1115:99-133. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-04278-3_5

7. Wang L, Xu F, Zhang XJ, Jin RM, Li X. Effect of high-fat diet on cholesterol metabolism in rats and its association with Na⁺/K⁺- ATPase/Src/pERK signaling pathway. J Huazhong Univ Sci Technolog Med Sci. 2015;35(4):490-494. DOI: https://doi.org/10.1007/s11596-015-1458-6

8. Široká M, Franco C, Guľašová Z, et al. Nuclear factor-kB and nitric oxide synthases in red blood cells: good or bad in obesity? A preliminary study. Eur J Histochem. 2020;64(1):3081. DOI: https://doi.org/10.4081/ejh.2020.3081

9. Kim OY, Lee SM, An WS. Impact of blood or erythrocyte membrane fatty acids for disease risk prediction: focusing on cardiovascular disease and chronic kidney disease. Nutrients. 2018;10(10):1454. DOI: https://doi.org/10.3390/nu10101454

10. Schillers H. Measuring the elastic properties of living cells. Methods Mol Biol. 2019;1886:291-313. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4939-8894-5_17

11. Yip R, Mohandas N, Clark MR, Jain S, Shohet SB, Dallman PR Red cell membrane stiffness in iron defciency. Blood. 1983;62(1):99-106. DOI: https://doi.org/10.1182/blood.V62.1.99.99

12. Fortier N, Snyder LM, Garver F, Kiefer C, McKenney J, Mohandas N. The relationship between in vivo generated hemoglobin skeletal protein complex and increased red cell membrane rigidity. Blood. 1988;71(5):1427-1431.

13. Gwoździński K. Ionizing radiation-induced structural modifcation of human red blood cells. Radiat Environ Biophys. 1991;30(1):45-52. DOI: https://doi.org/10.1007/BF01595573

14. Mahmoud SS, El-Sakhawy E, Abdel-Fatah ES, Kelany AM, Rizk RM. Effects of acute low doses of gammaradiation on erythrocytes membrane. Radiat Environ Biophys. 2011;50(1):189-198. DOI: https://doi.org/10.1007/s00411-010-0333-x

15. Spyratou E, Dilvoi M, Patatoukas G, Platoni K, Makropoulou M, Efstathopoulos EP Probing the effects of ionizing radiation on young’s modulus of human erythrocytes cytoskeleton using atomic force microscopy. J Med Phys. 2019;44(2):113-117. DOI: https://doi.org/10.4103/jmp.JMP_95_18

16. Heydarian A, Khorramymehr S, VasaghiGharamaleki B. Short-term effects of X-ray on viscoelastic properties of epithelial cells. Proc Inst Mech Eng H. 2019;233(5):535-543. DOI: https://doi.org/10.1177/0954411919837563

17. Effects of ionizing radiation on blood and blood components: A survey. Iaea-tecdoc-934. 1997;28(13):42. [date of access 2021 July 8]. Available from: https://wwwpub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/te_934_prn.pdf

18. Liu SC, Derick LH, Palek J. Visualization of the hexagonal lattice in the erythrocyte membrane skeleton. J Cell Biol. 1987; 104(3):527-536. DOI: https://doi.org/10.1083/jcb.104.3.527

19. Lux SE 4th. Anatomy of the red cell membrane skeleton: unanswered questions. Blood. 2016;127(2):187-199. DOI: https://doi.org/10.1182/blood-2014-12-512772

20. Nans A, Mohandas N, Stokes DL. Native ultrastructure of the red cell cytoskeleton by cryo-electron tomography. Biophys J. 2011;101(10):2341-2350. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bpj.2011.09.050

21. Bitler A, Dover RS, Shai Y. Fractal properties of cell surface structures: A view from AFM. Semin. Cell Dev. Biol. 2018;73:64-70. DOI: https://doi.org/10.1016/j.semcdb.2017.07.034

22. Messmann, R., Gannon, S., Sarnaik, S., Johnson, R.M. Mechanical properties of sickle cell membranes. Blood. 1990;75(8):1711-1717.

23. Heydarian A, Khorramymehr S, Vasaghi-Gharamaleki B. Short-term effects of X-ray on viscoelastic properties of epithelial cells. Proc Inst Mech Eng H. 2019;233(5):535-543. DOI: https://doi.org/10.1177/0954411919837563

24. Antonio, P.D., Lasalvia, M., Perna, G., Capozzi, V. Scale-independent roughness value of cell membranes studied by means of AFM technique. Biochim Biophys Acta. 2012;1818(12):3141-3148. DOI:https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2012.08.001

25. Girasole M, Pompeo G, Cricenti A, et al. Roughness of the plasma membrane as an independent morphological parameter to study RBCs: a quantitative atomic force microscopy investigation. Biochim Biophys Acta. 2007;1768(5):1268-1276. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2007.01.014

26. Walpurgis K, Kohler M, Thomas A, et al. Effects of gamma irradiation and 15 days of subsequent ex vivo storage on the cytosolic red blood cell proteome analyzed by 2D-DIGE and Orbitrap MS. Proteomics Clin Appl. 2013;7(7-8):561-570. DOI: https://doi.org/10.1002/prca.201300009

27. López-Canizales AM, Angulo-Molina A, Garibay-Escobar A, et al. Nanoscale Changes on RBC Membrane Induced by Storage and Ionizing Radiation: A Mini-Review. Front Physiol. 2021;12:669455. DOI: https://doi.org/10.3389/fphys.2021.669455

28. Zhang B, Liu B, Zhang H, Wang J. Erythrocyte stiffness during morphological remodeling induced by carbon ion radiation. PLoS One. 2014;9(11):e112624. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0112624

29. Blanc L, Salomao M, Guo X, An X, Gratzer W, Mohandas N. Control of erythrocyte membrane-skeletal cohesion by the spectrin-membrane linkage. Biochemistry. 2010;49(21):4516-4523. DOI: https://doi.org/10.1021/bi1003684

30. Madder RD, VanOosterhout S, Mulder A, Ten Brock T, Clarey AT, Parker JL, Jacoby ME. Patient body mass index and physician radiation dose during coronary angiography. Circ Cardiovasc Interv. 2019;12(1):e006823.


Для цитирования:


Челнокова И.А., Шклярова А.Н., Цуканова Е.В., Никитина И.А., Стародубцева М.Н. Влияние рентгеновского излучения на наномеханические свойства поверхности эритроцитов крыс при гиперхолестериновой диете. Проблемы здоровья и экологии. 2021;(3):105-115. https://doi.org/10.51523/2708-6011.2021-18-3-13

For citation:


Chelnokova I.A., Shkliarava N.M., Tsukanava A.U., Nikitina I.A., Starodubtseva M.N. Effect of X-ray radiation on the nanomechanical properties of the erythrocyte surface of rats on a high-cholesterol diet. Health and Ecology Issues. 2021;(3):105-115. (In Russ.) https://doi.org/10.51523/2708-6011.2021-18-3-13

Просмотров: 44


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 License.


ISSN 2220-0967 (Print)
ISSN 2708-6011 (Online)