Воздействие лазероиндуцированной гидродинамики на раковые клетки invitro

Внедрение: 2015 г.

Авторы статьи [1] изучали влияние лазероиндуцированной гидродинамики (ЛИГ) на жизнеспособность клеток карциномы толстой кишки мышей Colo‑26 in vitro. Гидродинамические процессы вызывали непрерывным лазерным излучением (λ = 1,56 мкм, мощность 5 Вт; ЛС‑1,56‑"ИРЭ‑Полюс") путем погружения рабочего конца волокна (диаметр 400 мкм) в питательную среду. ЛИГ регистрировали с помощью высокоскоростной видеокамеры Fastcam SA‑3 (Photron). Акустический шум регистрировался в кювете размером 40×40×40 мм с пьезоэлектрическим приемником (полоса пропускания от 10 Гц до 5 МГц), расположенным на расстоянии 25 мм от конца волокна и подключенным к компьютеру через предусилитель и модуль АЦП Е20‑10. Схема эксперимента приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема эксперимента по изучению действия ЛИГ на опухолевые клетки.

Видеозапись показала образование пузырьков пара и струй у конца волокна, направленных в глубину раствора, в результате интенсивного поглощения лазерной энергии. Лазерное излучение вызывало генерацию широкополосного шума, представленного последовательностью затухающих колебаний давления. Каждая из последовательностей связана с вышеописанным образованием и схлопыванием пузырьков пара вблизи конца лазерного волокна. Лазерное воздействие мощностью 3 Вт индуцировало интенсивную ЛИГ, при этом температура буферного слоя не превышала 37 ºC (рисунок 2).

Рисунок 2. Температура буфера при генерации ЛИГ при различной мощности лазера. Показаны средние значения, стандартные отклонения и тенденции.

Флуоресцентное окрашивание на маркеры апоптоза и некроза показали, что доля клеток с активированными механизмами гибели клеток составила 4,5 ± 2,3 % (апоптоз) и 0,5 ± 0,6 % (некроз). Процессы ЛИГ вызывали дополнительную гибель клеток в монослое. Когда конец волокна располагался на расстоянии 1 мм от слоя геля, одиночные клетки, оставшиеся после воздействия ЛИГ на площади 3 мм, окрашивались обоими маркерами одновременно, что свидетельствовало об их гибели (рисунки 3, 4).

Рисунок 3. Механизмы гибели клеток при воздействии ЛИГ на расстоянии 1 мм: a) центр ячейки; b) 6 мм от центра ячейки.

Рисунок 4. Гибель клеток в последовательных полях зрения.

Авторами было показано, что при расстояниях рабочего торца лазерного волокна 1 и 5 мм от клеток лазероиндуцированная гидродинамика способствует разрушению клеточного монослоя. В оставшихся клетках на расстоянии до 4 мм от “центра воздействия” она запускает механизмы апоптотической и некротической гибели.

Работа поддержана Минобрнауки России (контракт № 11.G34.31.0017), Российским фондом фундаментальных исследований (гранты № 12‑02‑31514, 12‑02‑00914, 12-02-00392) за клеточные эксперименты и РНФ (грант № 14‑25‑00055) за использование лазерных технологий.

Источник:

Elagin, V.V. & Pavlikov, A. & Yusupov, V. & Shirmanova, M. & Zagaynova, E. & Bagratashvili, V. (2015). In Vitro Effect of Laser-Induced Hydrodynamics on Cancer Cells. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 160. DOI: 10.1007/s10517-015-3117-0.

Разработчик: Елагин В.В., Павликов А.И., Ширманова М.В., Загайнова Е.В. (ГБОУ ВПО НижГМА), Юсупов В.И., Баграташвили В.Н. (ФГБУН ИПЛИТ РАН)