Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Perfluorocarbon gây ra phản ứng của tế bào biểu mô phế nang thông qua cấu trúc và cơ chế tái cấu trúc
Tóm tắt
Trong quá trình thông khí chất lỏng hoàn toàn, các tế bào phổi tiếp xúc với perfluorocarbon (PFC) có các thuộc tính hóa lý khác biệt lớn so với môi trường dinh dưỡng tế bào dựa trên nước tiêu chuẩn (DMEM). Chúng tôi thực hiện một nghiên cứu hệ thống về các đặc tính cấu trúc và cơ học của tế bào biểu mô phế nang A549 nhằm mô tả phản ứng của chúng với việc tiếp xúc PFC, sử dụng DMEM làm điều kiện kiểm soát. Sự thay đổi trong cấu trúc F-actin, mật độ liên kết nền và phân phối glycocalyx được đánh giá bằng kính hiển vi huỳnh quang phối hợp. Những thay đổi trong cơ học tế bào và độ bám dính được đo bằng phương pháp đa quy mô từ tính quay tế bào (MTC). Hai mô hình vi nhũ tương khác nhau (Voigt đơn lẻ và quy luật lũy thừa) được sử dụng để phân tích cơ học tế bào được đặc trưng bởi độ cứng của hệ thống cytoskeleton (CSK) và thời gian thư giãn đặc trưng. Sự bám dính giữa tế bào và chất nền được phân tích bằng mô hình tách kết nối ngẫu nhiên theo nghĩa xét đến tính không đảo ngược của phản ứng tế bào, cho phép chúng tôi định lượng độ yếu của độ bám dính và số lượng liên kết đi kèm. Vai trò của cấu trúc F-actin và lớp glycocalyx được đánh giá bằng cách phân hủy F-actin và phân hủy glycocalyx, tương ứng. Kết quả cho thấy rằng sự tiếp xúc với PFC liên tục gây ra sự tái cấu trúc F-actin, làm mềm CSK và giảm độ bám dính. Những kết quả này chứng minh rằng PFC kích thích phản ứng của tế bào biểu mô phế nang được chứng minh bằng sự suy giảm trong căng thẳng nội bào CSK, sự giảm độ bám dính và sự phân phối lại của lớp glycocalyx. Những điều chỉnh tế bào do PFC gây ra nhất quán với giả thuyết rằng các tế bào phản ứng với sự giảm năng lượng bám dính tại bề mặt tế bào. Năng lượng bám dính này thậm chí có thể giảm thêm trong sự hiện diện của chất hoạt động bề mặt đã được hấp phụ tại bề mặt tế bào.
Từ khóa
#perfluorocarbon #tế bào biểu mô phế nang #F-actin #độ bám dính #glycocalyx #cơ học tế bàoTài liệu tham khảo
André Dias S, Berdeaux A, Darrasse L, Demanesse M, de Rochefort L, Filoche M, Ghaleh B, Hutin A, Isabey D, Kunc T et al (2015) ABYSS: therapeutic hypothermia by total liquid ventilation following cardiac arrest and resuscitation. IRBM 36:110–117. https://doi.org/10.1016/j.irbm.2015.01.011
Avoine O, Bosse D, Beaudry B, Beaulieu A, Albadine R, Praud JP, Robert R, Micheau P, Walti H (2011) Total liquid ventilation efficacy in an ovine model of severe meconium aspiration syndrome. Crit Care Med 39:1097–1103. https://doi.org/10.1097/CCM.0b013e31820ead1a
Balland M, Desprat N, Icard D, Féréol S, Asnacios A, Browaeys J, Henon S, Gallet F (2006) Power laws in microrheology experiments on living cells: comparative analysis and modeling. Phys Rev E Stat Nonlinear Softw Matter Phys 74:021911. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.74.021911
Belete HA, Godin LM, Stroetz RW, Hubmayr RD (2010) Experimental models to study cell wounding and repair. Cell Physiol Biochem Int J Exp Cell Physiol Biochem Pharmacol 25:71–80. https://doi.org/10.1159/000272052
Bernhard W, Mottaghian J, Gebert A, Rau GA, von Der HH, Poets CF (2000) Commercial versus native surfactants. Surface activity, molecular components, and the effect of calcium. Am J Respir Crit Care Med 162:1524–1533. https://doi.org/10.1164/ajrccm.162.4.9908104
Clark LC Jr, Gollan F (1966) Survival of mammals breathing organic liquids equilibrated with oxygen at atmospheric pressure. Science 152:1755–1756
Darbera L, Chenoune M, Lidouren F, Kohlhauer M, Adam C, Bruneval P, Ghaleh B, Dubois-Rande JL, Carli P, Vivien B et al (2013) Hypothermic liquid ventilation prevents early hemodynamic dysfunction and cardiovascular mortality after coronary artery occlusion complicated by cardiac arrest in rabbits. Crit Care Med 41:e457–465. https://doi.org/10.1097/CCM.0b013e3182a63b5d
Fabry B, Maksym GN, Butler JP, Glogauer M, Navajas D, Fredberg JJ (2001) Scaling the microrheology of living cells. Phys Rev Lett 87:148102. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.87.148102
Fabry B, Maksym GN, Butler JP, Glogauer M, Navajas D, Taback NA, Millet EJ, Fredberg JJ (2003) Time scale and other invariants of integrative mechanical behavior in living cells. Phys Rev E Stat Nonlinear Softw Matter Phys 68:041914. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.68.041914
Féréol S, Fodil R, Labat B, Galiacy S, Laurent VM, Louis B, Isabey D, Planus E (2006) Sensitivity of alveolar macrophages to substrate mechanical and adhesive properties. Cell Motil Cytoskeleton 63:321–340. https://doi.org/10.1002/cm.20130
Féréol S, Fodil R, Laurent VM, Balland M, Louis B, Pelle G, Henon S, Planus E, Isabey D (2009) Prestress and adhesion site dynamics control cell sensitivity to extracellular stiffness. Biophys J 96:2009–2022. https://doi.org/10.1016/j.bpj.2008.10.072
Foster KA, Oster CG, Mayer MM, Avery ML, Audus KL (1998) Characterization of the A549 cell line as a type II pulmonary epithelial cell model for drug metabolism. Exp Cell Res 243:359366. https://doi.org/10.1006/excr.1998.4172
Hirschl RB, Pranikoff T, Gauger P, Schreiner RJ, Dechert R, Bartlett RH (1995) Liquid ventilation in adults, children, and full-term neonates. Lancet 346:1201–1202
Ingber DE (2008) Tensegrity-based mechanosensing from macro to micro. Prog Biophys Mol Biol 97:163–179. https://doi.org/10.1016/j.pbiomolbio.2008.02.005
Ingber DE, Wang N, Stamenović D (2014) Tensegrity, cellular biophysics, and the mechanics of living systems. Rep Prog Phys 77(4):046603 (Review)
Isabey D, Féréol S, Caluch A, Fodil R, Louis B, Pelle G (2013) Force distribution on multiple bonds controls the kinetics of adhesion in stretched cells. J Biomech 46:307–313. https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2012.10.039
Isabey D, Pelle G, Andre Dias S, Bottier M, Nguyen NM, Filoche M, Louis B (2016) Multiscale evaluation of cellular adhesion alteration and cytoskeleton remodeling by magnetic bead twisting. Biomech Model Mechanobiol 15:947–963. https://doi.org/10.1007/s10237-015-0734-5
Kawkitinarong K, Linz-McGillem L, Birukov KG, Garcia JG (2004) Differential regulation of human lung epithelial and endothelial barrier function by thrombin. Am J Respir Cell Mol Biol 31:517527. https://doi.org/10.1165/rcmb.2003-0432OC
Kissa E (1994) Fluorinated surfactants: synthesis properties applications, pp. vii + 469. Ed. Marcel Dekker Inc., New York. ISBN 0-8247-9011-1
Krafft MP (2001) Fluorocarbons and fluorinated amphiphiles in drug delivery and biomedical research. Adv Drug Deliv Rev 47:209–228
Martins MdF, Abairos V (2002) Glycocalyx of lung epithelial cells. Int Rev Cytol 216. https://doi.org/10.1016/s0074-7696(02)16005-0
Ohayon J, Tracqui P, Fodil R, Féréol S, Laurent VM, Planus E, Isabey D (2004) Analysis of nonlinear responses of adherent epithelial cells probed by magnetic bead twisting: a finite element model based on a homogenization approach. J Biomech Eng 126:685–698
Pathak A, Deshpande VS, McMeeking RM, Evans AG (2008) The simulation of stress fibre and focal adhesion development in cells on patterned substrates. J R Soc Interface 5:507–524. https://doi.org/10.1098/rsif.2007.1182
Rai S, Nejadhamzeeigilani Z, Gutowski NJ, Whatmore JL (2015) Loss of the endothelial glycocalyx is associated with increased E-selectin mediated adhesion of lung tumour cells to the brain microvascular endothelium. J Exp Clin Cancer Res 34:105. https://doi.org/10.1186/s13046-015-0223-9
Riess JG (1994) Highly fluorinated systems for oxygen transport, diagnosis and drug delivery. Coll Surf A Physicochem Eng Asp 84:33–48. https://doi.org/10.1016/0927-7757(93)02696-C
Riess JG, Krafft MP (1997) Advanced fluorocarbon-based systems for oxygen and drug delivery, and diagnosis. Artif Cells Blood Substit Immobil Biotechnol 25:43–52
Sen CK (2009) Wound healing essentials: Let there be oxygen. Wound Repair Regen. Official Publication of the Wound Healing Society [and] the European Tissue Repair Society. doi:10.1111/j.1524-475X.2008.00436.x
Stamenović D, Fredberg JJ, Wang N, Butler JP, Ingber DE (1996) A microstructural approach to cytoskeletal mechanics based on tensegrity. J Theor Biol 181(2):125–36. https://doi.org/10.1006/jtbi.1996.0120
Swain RJ, Kemp SJ, Goldstraw P, Tetley TD, Stevens MM (2010) Assessment of cell line models of primary human cells by Raman spectral phenotyping. Biophys J 98:1703–1711. https://doi.org/10.1016/j.bpj.2009.12.4289
Thi MM, Tarbell JM, Weinbaum S, Spray DC (2004) The role of the glycocalyx in reorganization of the actin cytoskeleton under fluid shear stress: a "bumper-car" model. Proc Natl Acad Sci USA 101:16483–16488. https://doi.org/10.1073/pnas.0407474101
Tooley R, Hirschl RB, Parent A, Bartlett RH (1996) Total liquid ventilation with perfluorocarbons increases pulmonary end-expiratory volume and compliance in the setting of lung atelectasis. Crit Care Med 24:268–273
Trepat X, Grabulosa M, Puig F, Maksym GN, Navajas D, Farre R (2004) Viscoelasticity of human alveolar epithelial cells subjected to stretch. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 287:L1025–1034. https://doi.org/10.1152/ajplung.00077.2004
Varani J, Hirschl RB, Dame M, Johnson K (1996) Perfluorocarbon protects lung epithelial cells from neutrophil-mediated injury in an in vitro model of liquid ventilation therapy. Shock 6:339–344
Wang N, Butler J, Ingber D (1993) Mechanotransduction across the cell surface and through the cytoskeleton. Science 260:1124–1127. https://doi.org/10.1126/science.7684161
Wang N, Tolic-Norrelykke IM, Chen J, Mijailovich SM, Butler JP, Fredberg JJ, Stamenović D (2002) Cell prestress. I. Stiffness and prestress are closely associated in adherent contractile cells. Am J Physiol Cell physiol 282:C606–616. https://doi.org/10.1152/ajpcell.00269.2001
Wemhöner A, Hackspiel I, Hobi N, Ravasio A, Haller T, Rüdiger M (2010) Effects of Perfluorocarbons on surfactant exocytosis and membrane properties in isolated alveolar type II cells. Respir Res 11:1–12. https://doi.org/10.1186/1465-9921-11-52
Wesseler EP, Iltis R, Clark LC (1977) The solubility of oxygen in highly fluorinated liquids. J Fluor Chem 9:137–146
Yao Y, Rabodzey A, Dewey CF (2007) Glycocalyx modulates the motility and proliferative response of vascular endothelium to fluid shear stress. Am J Physiol Heart Circulatory Physiol 293:H1023–H1030. https://doi.org/10.1152/ajpheart.00162.2007