eng
Выпуск #1/2025
А.И.Ахметова, Т.О.Советников, А.Д.Терентьев, И.В.Яминский
СКАНИРУЮЩАЯ КАПИЛЛЯРНАЯ МИКРОСКОПИЯ КЛЕТОК ФИБРОСАРКОМЫ
СКАНИРУЮЩАЯ КАПИЛЛЯРНАЯ МИКРОСКОПИЯ КЛЕТОК ФИБРОСАРКОМЫ
Просмотры: 1248
DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2025.18.1.40.46
Сканирующая капиллярная микроскопия (СКМ) стала универсальным методом для исследования взаимодействий в живых клетках и тканях. СКМ находит успешное применение в биологии и материаловедении при биофизических и электрохимических измерениях. Изначально этот вид микроскопии использовался в основном для регистрации 3D-морфологии клеток в естественной среде, но в скором времени метод стал развиваться благодаря применению модифицированных и многоканальных капилляров, что позволило регистрировать активные формы кислорода вблизи и внутри поверхности клеток, оценивать деформацию и другие механические свойства исследуемых объектов. Современные модификации установки СКМ сделали данный метод важным инструментом в биоаналитических, биофизических и материаловедческих измерениях. В данной работе представлено исследование клеток фибросаркомы с помощью капиллярного микроскопа "ФемтоСкан Х Айон", созданного на основе оригинальных систем электроники, механики и программного обеспечения.
Сканирующая капиллярная микроскопия (СКМ) стала универсальным методом для исследования взаимодействий в живых клетках и тканях. СКМ находит успешное применение в биологии и материаловедении при биофизических и электрохимических измерениях. Изначально этот вид микроскопии использовался в основном для регистрации 3D-морфологии клеток в естественной среде, но в скором времени метод стал развиваться благодаря применению модифицированных и многоканальных капилляров, что позволило регистрировать активные формы кислорода вблизи и внутри поверхности клеток, оценивать деформацию и другие механические свойства исследуемых объектов. Современные модификации установки СКМ сделали данный метод важным инструментом в биоаналитических, биофизических и материаловедческих измерениях. В данной работе представлено исследование клеток фибросаркомы с помощью капиллярного микроскопа "ФемтоСкан Х Айон", созданного на основе оригинальных систем электроники, механики и программного обеспечения.
Теги: biomechanics fibrosarcoma living systems scanning capillary microscopy биомеханика живые системы сканирующая капиллярная микроскопия фибросаркома
Получено: 26.01.2025 г. | Принято: 30.01.2025 г. | DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2025.18.1.40.46
Научная статья
СКАНИРУЮЩАЯ КАПИЛЛЯРНАЯ МИКРОСКОПИЯ КЛЕТОК ФИБРОСАРКОМЫ
А.И.Ахметова1, 2, к.ф.-м.н., с.н.с., вед. спец., ORCID: 0000-0002-5115-8030
Т.О.Советников1 ,2, асп., вед. инж., ORCID: 0000-0001-6541-8932
А.Д.Терентьев1, 2, асп., программ., ORCID: 0009-0009-1528-5284
И.В.Яминский1, 2, д.ф.-м.н., проф., ген. дир., ORCID: 0000-0001-8731-3947 / yaminsky@nanoscopy.ru
Аннотация. Сканирующая капиллярная микроскопия (СКМ) стала универсальным методом для исследования взаимодействий в живых клетках и тканях. СКМ находит успешное применение в биологии и материаловедении при биофизических и электрохимических измерениях. Изначально этот вид микроскопии использовался в основном для регистрации 3D-морфологии клеток в естественной среде, но в скором времени метод стал развиваться благодаря применению модифицированных и многоканальных капилляров, что позволило регистрировать активные формы кислорода вблизи и внутри поверхности клеток, оценивать деформацию и другие механические свойства исследуемых объектов. Современные модификации установки СКМ сделали данный метод важным инструментом в биоаналитических, биофизических и материаловедческих измерениях. В данной работе представлено исследование клеток фибросаркомы с помощью капиллярного микроскопа "ФемтоСкан Х Айон", созданного на основе оригинальных систем электроники, механики и программного обеспечения.
Ключевые слова: сканирующая капиллярная микроскопия, живые системы, биомеханика, фибросаркома
Для цитирования: А.И. Ахметова, Т.О. Советников, А.Д. Терентьев, И.В. Яминский. Сканирующая капиллярная микроскопия клеток фибросаркомы. НАНОИНДУСТРИЯ. 2025. Т. 18. № 1. С. 40–46. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2025.18.1.40.46.
Received: 26.01.2025 | Accepted: 30.01.2025 | DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2025.18.1.40.46
Original paper
SCANNING PROBE MICROSCOPY OF FIBROSARCOMA
A.I.Akhmetova1 ,2, Cand. of Sci. (Physics and Mathematics), Senior Researcher, Leading Specialist, ORCID: 0000-0002-5115-8030
T.O.Sovetnikov1 ,2, Postgraduate, Engineer, ORCID: 0000-0001-6541-8932
A.D.Terentiev1, 2, Postgraduate, Programmer, ORCID: 0009-0009-1528-5284
I.V.Yaminsky1, 2, Doct. of Sci. (Physics and Mathematics), Prof., Director, ORCID: 0000-0001-8731-3947 / yaminsky@nanoscopy.ru
Abstract. Scanning capillary microscopy (SCM) has become a universal method for studying interactions in living cells and tissues. SCM finds successful application in biology and materials science in biophysical and electrochemical measurements. Initially, this type of microscopy was used mainly to record 3D morphology of cells in the natural environment, but soon the method began to develop due to the use of modified and multichannel capillaries, which made it possible to record active oxygen species near and inside the cell surface, evaluate deformation and other mechanical properties of the objects under study. Modern modifications of the SCM setup have made this method an important tool in bioanalytical, biophysical and materials science measurements. This paper presents a study of fibrosarcoma cells using the FemtoScan X Aion capillary microscope, developed on the basis of original electronics, mechanics and software systems.
Keywords: scanning capillary microscopy, living systems, biomechanics, fibrosarcoma
For citation: A.I. Akhmetova, T.O. Sovetnikov, A.D. Terentiev, I.V. Yaminsky. Scanning probe microscopy of fibrosarcoma. NANOINDUSTRY. 2025. Vol. 18. No. 1. PP. 40–46. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2025.18.1.40.46.
ВВЕДЕНИЕ
Биомеханические и биохимические сигналы управляют жизненным циклом клеток в ходе их развития и имеют решающее значение для поддержания гомеостаза ткани. Например, опосредованная интегрином адгезия клеток к матриксу стимулирует активность гидролаз семейства RAS GTP (RHO GTPases) и ремоделирование актина для регулирования сократимости клеток и изменения поведения клеток, таких как рост, выживание и миграция [1].
Потеря гомеостаза натяжения в ткани не только сопровождает злокачественность, но и может способствовать онкогенной трансформации. Высокое механическое напряжение в опухолях препятствует доставке лекарств и может дополнительно стимулировать прогрессирование опухоли и способствовать метастазированию. Биомеханические силы могут стимулировать агрессивность опухоли, вызывая мезенхимально-подобное переключение в трансформированных клетках, чтобы они приобрели свойства инициирующих опухоль или стволовых клеток [2]. Было показано, что некоторые из метастатических потенциальных свойств клеток остеосаркомы (такие как ядерно-цитоплазматическое (N/C) соотношение, форма клетки, периферическая клеточная морщинистость, клеточная адгезия и клеточная миграция) являются механочувствительными [3]. Для визуализации этих свойств требуются соответствующие современные методы исследования.
Большинство методов световой микроскопии не могут визуализировать сложные трехмерные топографические детали. Изучение небольших участков клеточной мембраны с высоким разрешением в оптической микроскопии невозможно. Флуоресцентная микроскопия требует использования меток и иногда фиксацию клеток. Использование интенсивного источника лазерного света в конфокальной микроскопии может вызвать фотообесцвечивание и фототоксичность, приходится искать компромисс между разрешением, временем сканирования и фотодеструкцией образца. Чем выше разрешение, тем больше времени требуется для сканирования, и тем дольше флуорофор подвергается воздействию лазера.
Во многих ситуациях повышение разрешения не приводит к увеличению полезной биологической информации об образце [4]. Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) является классическим методом для визуализации трехмерной топографии клеток, в то время как просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) подходит для визуализации субклеточных структур. Однако электронная микроскопия непригодна для визуализации живых клеток, длительная подготовка образцов, которая может включать первичную и вторичную фиксацию, дегидратацию, сушку и покрытие проводящим материалом, и время визуализации не позволяют получить достоверные результаты.
Поэтому исследование клеточной морфологии на сегодняшний день невозможно без использования сканирующей ион-проводящей или капиллярной микроскопии [5, 6]. Сканирующая капиллярная микроскопия позволяет благодаря исследованию в жидкости с нанометровым пространственным разрешением проводить длительные эксперименты живых объектов, измерять механические свойства, а также исследовать химические процессы на поверхности клеток благодаря модификации капилляров [7].
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Исследование проводили на сканирующем капиллярном микроскопе "ФемтоСкан Х Айон" [8], обработку данных – в программном обеспечении "ФемтоСкан Онлайн" [9].
Разработанная оригинальная установка сканирующего капиллярного микроскопа "ФемтоСкан Х Айон" приведена на (рис.1).
Как правило, СКМ устанавливают на инвертированный оптический микроскоп, который позволяет увидеть зону подвода капилляра к образцу. В разработанной модели вместо громоздкой конструкции оптического микроскопа использована миниатюрная камера, которая регистрирует положение капилляра (рис.2).
Для управления микроскопом разработано оригинальное программное обеспечение, которое благодаря простоте и наглядности существенно упрощает процесс сканирования и обучения работе на микроскопе.
После подвода капилляра к жидкости в чашке Петри необходимо запустить осциллограф. Осциллограф измеряет величину ионного тока между электродом в капилляре и электродом в чашке Петри в полосах пропускания 3/10 кГц. На рис.3 показан график осциллографа, когда капилляр находится в воздухе. После попадания капилляра в жидкость появляется сигнал ионного тока, и можно запускать процесс подвода капилляра к образцу (рис.4).
Когда капилляр находится не в жидкости, сигнала нет. При подводе к жидкости достаточно зарегистрировать истинно ненулевой сигнал между электродами. Подвод к поверхности образца производится в режиме обратной связи.
Уровень подвода – это величина тока, при которой капилляр попадает в жидкость и ток начинает течь между электродами (величина превышает амплитуду шума).
Капилляр осциллирует в жидкости до тех пор, пока не упадет уровень тока на указанный процент. После этого падения считается, что капилляр подвелся к образцу. Если капилляр сломается, то ток будет расти. Это будет видно на осциллографе.
Напряжение – это величина напряжения между электродами. Напряжение на осциллографе будет отличаться от указанного в данном окне, потому что при измерении оно проходит через усилитель, а у среды есть свое сопротивление.
Уровень подвода – процент падения ионного тока при подводе капилляра. При таком падении тока капилляр остановится около поверхности образца и отскочит обратно в исходное положение.
Диапазон – расстояние, на которое отскакивает капилляр при работе обратной связи. Капилляр отскакивает в двух случаях – при достижении уровня падения тока и в крайнем положении диапазона по Z.
Шаг – величина итерации, с которой капилляром будет пройдено расстояние, указанное в пункте "Диапазон".
После подвода капилляра к образцу можно запускать процесс сканирования (рис.5).
Разрешение – количество точек в строке и количество строк на изображении. Можно указать до 2048 точек.
Область – размер кадра, в данном случае размер поля 50 × 50 мкм, по Z – 20 мкм.
Начальная точка – положение левого нижнего угла кадра, откуда начинается сканирование.
Время измерения линии – минимальное время, которое затрачивается на измерение одной линии. В СКМ каждое измерение включает подвод и отвод капилляра, в зависимости от высоты образца это время будет разным, указана нижняя граница.
Примерное время сканирования кадра – минимальное время, затраченное на один кадр, определяемое произведением числа строк и времени измерения одной строки.
Угол поворота кадра – поворот осуществляется вокруг левого нижнего угла. Можно повернуть кадр на определенный угол.
Квадратное изображение – галочка, которая позволяет изменять параметры по Х и сразу по Y.
Высота над образцом – на какую высоту отпрыгивает капилляр при сканировании (то же, что и "Диапазон").
Непрерывное сканирование – если необходимо снять несколько последовательных кадров одной области.
С помощью представленной установки и разработанного ПО для капиллярной микроскопии удалось получить 3D-морфологию поверхности клеток HT1080 (рис.6).
HT1080 – клеточная линия, полученная из человеческой фибросаркомы. HT1080 образует агрессивные ангиогенные опухоли у мышей с ослабленным иммунитетом. Несмотря на ее широкое использование в качестве модели опухолевого ангиогенеза, молекулярные события, инициирующие ангиогенную программу в этих клетках, в настоящее время неизвестны.
ВЫВОДЫ
В данной статье представлено разработанное программное обеспечение для управления сканирующим капиллярным микроскопом "ФемтоСкан Х Айон". Компактная конструкция и оптимизированное ПО существенно упрощают измерения. Капиллярная микроскопия позволяет приблизиться к пониманию основных механизмов механочувствительности, что влияет на разработку терапевтических приложений для лечения онкологии. Исследования механобиологии могут представлять собой альтернативный подход к выявлению новых молекулярных мишеней злокачественности опухолевых клеток.
БЛАГОДАРНОСТИ
Работа выполнена по госзаданию при финансовой поддержке физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова (Регистрационная тема 122091200048-7). ПО "ФемтоСкан Онлайн "предоставлено ООО НПП "Центр перспективных технологий", www.femtoscan.ru.
ИНФОРМАЦИЯ О РЕЦЕНЗИРОВАНИИ
Редакция благодарит анонимного рецензента (рецензентов) за их вклад в рецензирование этой работы, а также за размещение статей на сайте журнала и передачу их в электронном виде в НЭБ eLIBRARY.RU.
Декларация о конфликте интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликтов интересов или личных отношений, которые могли бы повлиять на работу, представленную в данной статье.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES
Butcher D.T., Alliston T., Weaver V.M. A tense situation: forcing tumour progression. Nat Rev Cancer. 2009. Vol. 9. PP. 108–22. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19165226
Northey J.J., Przybyla L., Weaver V.M. Tissue Force Programs Cell Fate and Tumor Aggression. Cancer Disco. v. 2017. Vol. 7. PP. 1224–1237. https://doi.org/10.1158/2159-8290.CD-16-0733
Alloisio G., Rodriguez D.B. et al. Cyclic Stretch-Induced Mechanical Stress Applied at 1 Hz Frequency Can Alter the Metastatic Potential Properties of SAOS-2 Osteosarcoma Cells. Int. J. Mol. Sci. 2023. Vol. 24. P. 7686. https://doi.org/10.3390/ijms24097686
Croix C.M., Shand S.H., Watkins S.C. Biotechniques. 2005. Vol. 39. PP. S2–S5 https://doi.org/10.2144/000112089
Akhmetova A.I., Sovetnikov T.O. et al. Scanning capillary microscopy in studies of the substantia nigra of the human brain. Bio-Medical Engineering. 2025. https://doi.org/10.1007/s10527-024-10429-5
Akhmetova A.I., Sovetnikov T.O., Maksimova N.E., Terentyev A.D., Uzhegov A.A., Yaminsky I.V. The heart of a capillary microscope. NANOINDUSTRY. 2023. Vol. 16. No. 7–8. PP. 444–448. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.7-8.444.448
Actis P., Sergiy T. et al. Electrochemical nanoprobes for single-cell analysis. ACS Nano. 2014. Vol. 8. No. 1. PP. 875–884. https://doi.org/10.1021/nn405612
Sovetnikov T.O., Akhmetova A.I. et al. Characteristics of the use of scanning capillary microscopy in biomedical research. Bio-Medical Engineering. 2023. Vol. 57. No. 4. PP. 250–253. https://doi.org/10.1007/s10527-023-10309-4
Akhmetova A.I., Yaminsky I.V., Sovetnikov T.O. FemtoScan Online: 3D visualization and processing of bionanoscopy data. NANOINDUSTRY. 2023. Vol. 16. No. 7–8. PP. 450–455. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.7-8.450.455
Научная статья
СКАНИРУЮЩАЯ КАПИЛЛЯРНАЯ МИКРОСКОПИЯ КЛЕТОК ФИБРОСАРКОМЫ
А.И.Ахметова1, 2, к.ф.-м.н., с.н.с., вед. спец., ORCID: 0000-0002-5115-8030
Т.О.Советников1 ,2, асп., вед. инж., ORCID: 0000-0001-6541-8932
А.Д.Терентьев1, 2, асп., программ., ORCID: 0009-0009-1528-5284
И.В.Яминский1, 2, д.ф.-м.н., проф., ген. дир., ORCID: 0000-0001-8731-3947 / yaminsky@nanoscopy.ru
Аннотация. Сканирующая капиллярная микроскопия (СКМ) стала универсальным методом для исследования взаимодействий в живых клетках и тканях. СКМ находит успешное применение в биологии и материаловедении при биофизических и электрохимических измерениях. Изначально этот вид микроскопии использовался в основном для регистрации 3D-морфологии клеток в естественной среде, но в скором времени метод стал развиваться благодаря применению модифицированных и многоканальных капилляров, что позволило регистрировать активные формы кислорода вблизи и внутри поверхности клеток, оценивать деформацию и другие механические свойства исследуемых объектов. Современные модификации установки СКМ сделали данный метод важным инструментом в биоаналитических, биофизических и материаловедческих измерениях. В данной работе представлено исследование клеток фибросаркомы с помощью капиллярного микроскопа "ФемтоСкан Х Айон", созданного на основе оригинальных систем электроники, механики и программного обеспечения.
Ключевые слова: сканирующая капиллярная микроскопия, живые системы, биомеханика, фибросаркома
Для цитирования: А.И. Ахметова, Т.О. Советников, А.Д. Терентьев, И.В. Яминский. Сканирующая капиллярная микроскопия клеток фибросаркомы. НАНОИНДУСТРИЯ. 2025. Т. 18. № 1. С. 40–46. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2025.18.1.40.46.
Received: 26.01.2025 | Accepted: 30.01.2025 | DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2025.18.1.40.46
Original paper
SCANNING PROBE MICROSCOPY OF FIBROSARCOMA
A.I.Akhmetova1 ,2, Cand. of Sci. (Physics and Mathematics), Senior Researcher, Leading Specialist, ORCID: 0000-0002-5115-8030
T.O.Sovetnikov1 ,2, Postgraduate, Engineer, ORCID: 0000-0001-6541-8932
A.D.Terentiev1, 2, Postgraduate, Programmer, ORCID: 0009-0009-1528-5284
I.V.Yaminsky1, 2, Doct. of Sci. (Physics and Mathematics), Prof., Director, ORCID: 0000-0001-8731-3947 / yaminsky@nanoscopy.ru
Abstract. Scanning capillary microscopy (SCM) has become a universal method for studying interactions in living cells and tissues. SCM finds successful application in biology and materials science in biophysical and electrochemical measurements. Initially, this type of microscopy was used mainly to record 3D morphology of cells in the natural environment, but soon the method began to develop due to the use of modified and multichannel capillaries, which made it possible to record active oxygen species near and inside the cell surface, evaluate deformation and other mechanical properties of the objects under study. Modern modifications of the SCM setup have made this method an important tool in bioanalytical, biophysical and materials science measurements. This paper presents a study of fibrosarcoma cells using the FemtoScan X Aion capillary microscope, developed on the basis of original electronics, mechanics and software systems.
Keywords: scanning capillary microscopy, living systems, biomechanics, fibrosarcoma
For citation: A.I. Akhmetova, T.O. Sovetnikov, A.D. Terentiev, I.V. Yaminsky. Scanning probe microscopy of fibrosarcoma. NANOINDUSTRY. 2025. Vol. 18. No. 1. PP. 40–46. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2025.18.1.40.46.
ВВЕДЕНИЕ
Биомеханические и биохимические сигналы управляют жизненным циклом клеток в ходе их развития и имеют решающее значение для поддержания гомеостаза ткани. Например, опосредованная интегрином адгезия клеток к матриксу стимулирует активность гидролаз семейства RAS GTP (RHO GTPases) и ремоделирование актина для регулирования сократимости клеток и изменения поведения клеток, таких как рост, выживание и миграция [1].
Потеря гомеостаза натяжения в ткани не только сопровождает злокачественность, но и может способствовать онкогенной трансформации. Высокое механическое напряжение в опухолях препятствует доставке лекарств и может дополнительно стимулировать прогрессирование опухоли и способствовать метастазированию. Биомеханические силы могут стимулировать агрессивность опухоли, вызывая мезенхимально-подобное переключение в трансформированных клетках, чтобы они приобрели свойства инициирующих опухоль или стволовых клеток [2]. Было показано, что некоторые из метастатических потенциальных свойств клеток остеосаркомы (такие как ядерно-цитоплазматическое (N/C) соотношение, форма клетки, периферическая клеточная морщинистость, клеточная адгезия и клеточная миграция) являются механочувствительными [3]. Для визуализации этих свойств требуются соответствующие современные методы исследования.
Большинство методов световой микроскопии не могут визуализировать сложные трехмерные топографические детали. Изучение небольших участков клеточной мембраны с высоким разрешением в оптической микроскопии невозможно. Флуоресцентная микроскопия требует использования меток и иногда фиксацию клеток. Использование интенсивного источника лазерного света в конфокальной микроскопии может вызвать фотообесцвечивание и фототоксичность, приходится искать компромисс между разрешением, временем сканирования и фотодеструкцией образца. Чем выше разрешение, тем больше времени требуется для сканирования, и тем дольше флуорофор подвергается воздействию лазера.
Во многих ситуациях повышение разрешения не приводит к увеличению полезной биологической информации об образце [4]. Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) является классическим методом для визуализации трехмерной топографии клеток, в то время как просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) подходит для визуализации субклеточных структур. Однако электронная микроскопия непригодна для визуализации живых клеток, длительная подготовка образцов, которая может включать первичную и вторичную фиксацию, дегидратацию, сушку и покрытие проводящим материалом, и время визуализации не позволяют получить достоверные результаты.
Поэтому исследование клеточной морфологии на сегодняшний день невозможно без использования сканирующей ион-проводящей или капиллярной микроскопии [5, 6]. Сканирующая капиллярная микроскопия позволяет благодаря исследованию в жидкости с нанометровым пространственным разрешением проводить длительные эксперименты живых объектов, измерять механические свойства, а также исследовать химические процессы на поверхности клеток благодаря модификации капилляров [7].
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Исследование проводили на сканирующем капиллярном микроскопе "ФемтоСкан Х Айон" [8], обработку данных – в программном обеспечении "ФемтоСкан Онлайн" [9].
Разработанная оригинальная установка сканирующего капиллярного микроскопа "ФемтоСкан Х Айон" приведена на (рис.1).
Как правило, СКМ устанавливают на инвертированный оптический микроскоп, который позволяет увидеть зону подвода капилляра к образцу. В разработанной модели вместо громоздкой конструкции оптического микроскопа использована миниатюрная камера, которая регистрирует положение капилляра (рис.2).
Для управления микроскопом разработано оригинальное программное обеспечение, которое благодаря простоте и наглядности существенно упрощает процесс сканирования и обучения работе на микроскопе.
После подвода капилляра к жидкости в чашке Петри необходимо запустить осциллограф. Осциллограф измеряет величину ионного тока между электродом в капилляре и электродом в чашке Петри в полосах пропускания 3/10 кГц. На рис.3 показан график осциллографа, когда капилляр находится в воздухе. После попадания капилляра в жидкость появляется сигнал ионного тока, и можно запускать процесс подвода капилляра к образцу (рис.4).
Когда капилляр находится не в жидкости, сигнала нет. При подводе к жидкости достаточно зарегистрировать истинно ненулевой сигнал между электродами. Подвод к поверхности образца производится в режиме обратной связи.
Уровень подвода – это величина тока, при которой капилляр попадает в жидкость и ток начинает течь между электродами (величина превышает амплитуду шума).
Капилляр осциллирует в жидкости до тех пор, пока не упадет уровень тока на указанный процент. После этого падения считается, что капилляр подвелся к образцу. Если капилляр сломается, то ток будет расти. Это будет видно на осциллографе.
Напряжение – это величина напряжения между электродами. Напряжение на осциллографе будет отличаться от указанного в данном окне, потому что при измерении оно проходит через усилитель, а у среды есть свое сопротивление.
Уровень подвода – процент падения ионного тока при подводе капилляра. При таком падении тока капилляр остановится около поверхности образца и отскочит обратно в исходное положение.
Диапазон – расстояние, на которое отскакивает капилляр при работе обратной связи. Капилляр отскакивает в двух случаях – при достижении уровня падения тока и в крайнем положении диапазона по Z.
Шаг – величина итерации, с которой капилляром будет пройдено расстояние, указанное в пункте "Диапазон".
После подвода капилляра к образцу можно запускать процесс сканирования (рис.5).
Разрешение – количество точек в строке и количество строк на изображении. Можно указать до 2048 точек.
Область – размер кадра, в данном случае размер поля 50 × 50 мкм, по Z – 20 мкм.
Начальная точка – положение левого нижнего угла кадра, откуда начинается сканирование.
Время измерения линии – минимальное время, которое затрачивается на измерение одной линии. В СКМ каждое измерение включает подвод и отвод капилляра, в зависимости от высоты образца это время будет разным, указана нижняя граница.
Примерное время сканирования кадра – минимальное время, затраченное на один кадр, определяемое произведением числа строк и времени измерения одной строки.
Угол поворота кадра – поворот осуществляется вокруг левого нижнего угла. Можно повернуть кадр на определенный угол.
Квадратное изображение – галочка, которая позволяет изменять параметры по Х и сразу по Y.
Высота над образцом – на какую высоту отпрыгивает капилляр при сканировании (то же, что и "Диапазон").
Непрерывное сканирование – если необходимо снять несколько последовательных кадров одной области.
С помощью представленной установки и разработанного ПО для капиллярной микроскопии удалось получить 3D-морфологию поверхности клеток HT1080 (рис.6).
HT1080 – клеточная линия, полученная из человеческой фибросаркомы. HT1080 образует агрессивные ангиогенные опухоли у мышей с ослабленным иммунитетом. Несмотря на ее широкое использование в качестве модели опухолевого ангиогенеза, молекулярные события, инициирующие ангиогенную программу в этих клетках, в настоящее время неизвестны.
ВЫВОДЫ
В данной статье представлено разработанное программное обеспечение для управления сканирующим капиллярным микроскопом "ФемтоСкан Х Айон". Компактная конструкция и оптимизированное ПО существенно упрощают измерения. Капиллярная микроскопия позволяет приблизиться к пониманию основных механизмов механочувствительности, что влияет на разработку терапевтических приложений для лечения онкологии. Исследования механобиологии могут представлять собой альтернативный подход к выявлению новых молекулярных мишеней злокачественности опухолевых клеток.
БЛАГОДАРНОСТИ
Работа выполнена по госзаданию при финансовой поддержке физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова (Регистрационная тема 122091200048-7). ПО "ФемтоСкан Онлайн "предоставлено ООО НПП "Центр перспективных технологий", www.femtoscan.ru.
ИНФОРМАЦИЯ О РЕЦЕНЗИРОВАНИИ
Редакция благодарит анонимного рецензента (рецензентов) за их вклад в рецензирование этой работы, а также за размещение статей на сайте журнала и передачу их в электронном виде в НЭБ eLIBRARY.RU.
Декларация о конфликте интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликтов интересов или личных отношений, которые могли бы повлиять на работу, представленную в данной статье.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES
Butcher D.T., Alliston T., Weaver V.M. A tense situation: forcing tumour progression. Nat Rev Cancer. 2009. Vol. 9. PP. 108–22. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19165226
Northey J.J., Przybyla L., Weaver V.M. Tissue Force Programs Cell Fate and Tumor Aggression. Cancer Disco. v. 2017. Vol. 7. PP. 1224–1237. https://doi.org/10.1158/2159-8290.CD-16-0733
Alloisio G., Rodriguez D.B. et al. Cyclic Stretch-Induced Mechanical Stress Applied at 1 Hz Frequency Can Alter the Metastatic Potential Properties of SAOS-2 Osteosarcoma Cells. Int. J. Mol. Sci. 2023. Vol. 24. P. 7686. https://doi.org/10.3390/ijms24097686
Croix C.M., Shand S.H., Watkins S.C. Biotechniques. 2005. Vol. 39. PP. S2–S5 https://doi.org/10.2144/000112089
Akhmetova A.I., Sovetnikov T.O. et al. Scanning capillary microscopy in studies of the substantia nigra of the human brain. Bio-Medical Engineering. 2025. https://doi.org/10.1007/s10527-024-10429-5
Akhmetova A.I., Sovetnikov T.O., Maksimova N.E., Terentyev A.D., Uzhegov A.A., Yaminsky I.V. The heart of a capillary microscope. NANOINDUSTRY. 2023. Vol. 16. No. 7–8. PP. 444–448. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.7-8.444.448
Actis P., Sergiy T. et al. Electrochemical nanoprobes for single-cell analysis. ACS Nano. 2014. Vol. 8. No. 1. PP. 875–884. https://doi.org/10.1021/nn405612
Sovetnikov T.O., Akhmetova A.I. et al. Characteristics of the use of scanning capillary microscopy in biomedical research. Bio-Medical Engineering. 2023. Vol. 57. No. 4. PP. 250–253. https://doi.org/10.1007/s10527-023-10309-4
Akhmetova A.I., Yaminsky I.V., Sovetnikov T.O. FemtoScan Online: 3D visualization and processing of bionanoscopy data. NANOINDUSTRY. 2023. Vol. 16. No. 7–8. PP. 450–455. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2023.16.7-8.450.455
Отзывы читателей
