morphoМорфологические ведомостиMorphological newsletter1812-31712686-8741Private Medical University REAVIZ10.20340/mv-mn.2015.0(3):52-57morpho-279Research ArticleМОРФОМИКА - НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИPART 3 - MORPHOMICS - NEW TECHNOLOGIESАТОМНО-СИЛОВАЯ МИКРОСКОПИЯ МОРФОЛОГИЧЕСКИХ И БИОФИЗИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ ЛИМФОЦИТОВ КРОВИ ПРИ РАЗНЫХ ТИПАХ САХАРНОГО ДИАБЕТАTHE ATOMIC FORCE MICROSCOPY OF MORPHOLOGICAL AND BIOPHYSICAL FEATURES OF PERIPHERAL BLOOD LYMPHOCYTES IN DIFFERENT TYPES OF DIABETES MELLITUSСтолбовскаяОльга ВениаминовнаStolbovskyaO. V.ov_stolbovskaya@mail.ruХайруллинРадик МагзинуровичKhayrullinR. M.prof.khayrullin@gmail.comКостишкоБорис БорисовичKostishkoB. B.nanolabniti@gmail.comПчелинцеваЕкатерина СергеевнаPchelintsevaE. S.nanolabniti@gmail.comУльяновский государственный университетRussian Federation2015300920152335257Copyright © Столбовская О.В., Хайруллин Р.М., Костишко Б.Б., Пчелинцева Е.С., 20152015Столбовская О.В., Хайруллин Р.М., Костишко Б.Б., Пчелинцева Е.С.Stolbovskya O.V., Khayrullin R.M., Kostishko B.B., Pchelintseva E.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.morpholetter.com/jour/article/view/279

Атомно-силовая микроскопия (далее - АСМ), как один из ведущих прикладных нано-технологических методов исследования клеточных мембран, активно используется в ключевых областях биомедицины. Изучение биофизических свойств мембран и морфологических параметров лимфоцитов с помощью АСМ может дать существенную информацию о закономерностях структурных изменений их цитоплазматической мембраны в процессе развития сахарного диабета, развития нарушений метаболизма, микроциркуляции и иммунитета. Целью настоящего исследования явилось изучение ряда морфологических и биофизических особенностей лимфоцитов крови пациентов с сахарным диабетом с помощью АСМ. Материалом исследования явились лимфоидные клетки препаратов крови пациентов с инсулинозависимым (ИЗСД) и инсулиннезависимым типом сахарного диабета (ИНСД) и практически здоровых добровольцев. Для анализа состояния мембраны лимфоцитов использовали сканирующий зондовый микроскоп Solver P47-PRO (NT-MDT, Россия). Сканирование клеточной поверхности мембраны лимфоцитов крови проводили с использованием кремниевых зондов серии PNP-DB-20 (NT-MDT) с жёсткостью 0,06 Н/м, радиусом закругления 10 нм. АСМ-изображения клеток анализировали с помощью программы Nova. На основании анализа АСМ-изображения определяли морфологические параметры лимфоцитов: диаметр, высоту, площадь, объём; а также биофизические параметры: модуль Юнга, силу адгезии, шероховатость лимфоцитов крови. Результаты исследования показали, что при сахарном диабете происходит значительное повышение жёсткости мембран лимфоцитов крови по сравнению с аналогичными показателями лимфоцитов крови здоровых людей. Адгезивные свойства и рельеф поверхности лимфоцитов при разных типах сахарного диабета различаются. У пациентов с ИЗСД значения силы адгезии и шероховатости клеток выше, чем у пациентов с ИНСД. Морфометрические параметры лимфоцитов крови пациентов с ИЗСД также превышают аналогичные параметры пациентов с ИНСД. Выявленные с использованием АСМ морфологические и биофизические особенности лимфоцитов крови пациентов с разными типами сахарного диабета могут иметь патогенетическое значение в развитии иммунологических нарушений, возникающих при этом заболевании.

The atomic force microscopy (hereinafter - AFM) is one of the leading applications of Nanotechnological research methods of cell membranes widely used in key areas of biomedicine. The study of the biophysical properties of the membrane and morphological parameters of lymphocytes by AFM can provide essential information about the patterns of structural change of the cytoplasmic membrane in the development of diabetes, disorders of metabolism, microcirculation and immunity. The purpose of this study was to investigate a number of morphological and biophysical characteristics of blood lymphocytes of patients with diabetes mellitus by AFM. The material of the study was lymphoid cells of peripheral blood of patients with insulin-dependent (IDDM) and non-insulin dependent type of diabetes mellitus (NIDDM), and healthy volunteers. For analysis of the membrane of lymphocytes was used a scanning probe microscope Solver P47-PRO (NT-MDT, Russia). Scanning cell surface of the membrane of blood lymphocytes were performed using silicon probes series PNP-DB-20 (NT-MDT) with a hardness of 0.06 N/m, with the radius of curvature of 10 nm. AFM images of the cells were analyzed using the computer program Nova. Based on analysis of AFM images were determined morphological parameters of blood lymphocytes: diameter, height, area, volume; and biophysical parameters: Young’s modulus, strength, adhesion, roughness. The results showed that in Diabetes mellitus is a significant increase in membrane rigidity blood lymphocytes as compared to those of the blood lymphocytes of healthy people. The adhesion properties and surface topography of lymphocytes in different types of diabetes is differing. At patients with IDDM values of adhesion strength and roughness of cells is higher than in patients with NIDDM. The morphometric parameters of blood lymphocytes of patients with IDDM also exceed similar parameters in patients with NIDDM. Identified using AFM morphological and biophysical characteristics of peripheral blood lymphocytes of patients with different types of diabetes may have a pathogenic role in the development of immunologic disorders occurring in this disease.

атомно-силовая микроскопияклеточная мембраналимфоцитысахарный диабетatomic force microscopycell membranelymphocytesdiabetes mellitusReferencesЗаводник И.Б., Дремза И.К., Лапшина Е.А. Сахарный диабет: метаболические эффекты и окислительный стресс//Биологические мембраны.- 2011.- Т. 28.- № 2.- С. 83-94.Заводник И.Б., Дремза И.К., Лапшина Е.А. Сахарный диабет: метаболические эффекты и окислительный стресс//Биологические мембраны.- 2011.- Т. 28.- № 2.- С. 83-94.Wu Y., Lu H., Cai J., He X., Hu Yi., Zhao H., Wang X. Membrane Surface Nanostructures and Adhesion Property of T-Lymphocytes Exploited by AFM. Nanoscale Res Lett. 2009;4:942-947. DOI 10.1007/ s11671-009-9340-8Wu Y., Lu H., Cai J., He X., Hu Yi., Zhao H., Wang X. Membrane Surface Nanostructures and Adhesion Property of T-Lymphocytes Exploited by AFM. Nanoscale Res Lett. 2009;4:942-947. DOI 10.1007/ s11671-009-9340-8Гущина Ю.Ю., Плескова С.Н., Звонкова М.Б. Исследование различий морфометрических параметров клеток крови человека методом сканирующей зондовой микроскопии// Поверхность. Ренгеновские, синхронные и нейтронные исследования.- 2005.- № 1.- С. 48-53.Гущина Ю.Ю., Плескова С.Н., Звонкова М.Б. Исследование различий морфометрических параметров клеток крови человека методом сканирующей зондовой микроскопии// Поверхность. Ренгеновские, синхронные и нейтронные исследования.- 2005.- № 1.- С. 48-53.Deng Z., Lulevich V., Liu F-T., Liu G-Y. Applications of Atomic Force Microscopy in Biophysical of Cells. J Phys Chem B. 2011; 114(18):5971-5982.Deng Z., Lulevich V., Liu F-T., Liu G-Y. Applications of Atomic Force Microscopy in Biophysical of Cells. J Phys Chem B. 2011; 114(18):5971-5982.Dimitrialis E.K., Horkay F., Maresca J. Determination of elastic moduli of thin layers of soft material using the atomic forsemicroscope. Biophys J. 2002;82:2798-2810.Dimitrialis E.K., Horkay F., Maresca J. Determination of elastic moduli of thin layers of soft material using the atomic forsemicroscope. Biophys J. 2002;82:2798-2810.Столбовская О.В., Хайруллин Р.М., Куликова Т.К., Снежкина А.В., Садритдинова А.Ф. Исследование вязкоэластических свойств цитоплазматической мембраны лимфоцитов крови человека методом атомно-силовой микроскопии// Фундаментальные исследования.- 2013.- № 4.- С. 1149-1152.Столбовская О.В., Хайруллин Р.М., Куликова Т.К., Снежкина А.В., Садритдинова А.Ф. Исследование вязкоэластических свойств цитоплазматической мембраны лимфоцитов крови человека методом атомно-силовой микроскопии// Фундаментальные исследования.- 2013.- № 4.- С. 1149-1152.Kuznetsova T., Starodubtseva M., Yegorenkov N. Atomic force microscopy probing of cell elastity. Micron. 2007;38:824-833.Kuznetsova T., Starodubtseva M., Yegorenkov N. Atomic force microscopy probing of cell elastity. Micron. 2007;38:824-833.Hekele J., Goesselsberger C.G., Gebeshuber I.C. Nanodiagnostics performed on human red blood cells with atomic force microscopy. Material Science and technology. 2008;24(9):1162-1165.Hekele J., Goesselsberger C.G., Gebeshuber I.C. Nanodiagnostics performed on human red blood cells with atomic force microscopy. Material Science and technology. 2008;24(9):1162-1165.Skorkina M.Yu., Chernyavskiy S.D., Fedorova M.Z., Zabinyakov N.A., Sladkova E.A. Evaluation of Morphometric Parametrs of Native Blood Cells by Atomic Force Microscopy. Bull of Exp Biol and Med. 2010;150(2):273-275.Skorkina M.Yu., Chernyavskiy S.D., Fedorova M.Z., Zabinyakov N.A., Sladkova E.A. Evaluation of Morphometric Parametrs of Native Blood Cells by Atomic Force Microscopy. Bull of Exp Biol and Med. 2010;150(2):273-275.Лебедев Д.В., Чукланов А.П., Бухараев А.А. Измерение модуля Юнга биологических объектов в жидкой среде с помощью специального зонда атомно-силового микроскопа// Письма в ЖТФ.- 2009.- Т. 35.- № 8.- С. 54-61Лебедев Д.В., Чукланов А.П., Бухараев А.А. Измерение модуля Юнга биологических объектов в жидкой среде с помощью специального зонда атомно-силового микроскопа// Письма в ЖТФ.- 2009.- Т. 35.- № 8.- С. 54-61Зубарева Е.В., Федорова М.З., Надеждин С.В., Павлов Н.А. Оценка действия тепловой нагрузки на морфофункциональные характеристики лимфоцитов крови в опытах in vivo и iv vitro// Научные ведомости. - 2011.- № 3, Вып. 14.- С. 155-162.Зубарева Е.В., Федорова М.З., Надеждин С.В., Павлов Н.А. Оценка действия тепловой нагрузки на морфофункциональные характеристики лимфоцитов крови в опытах in vivo и iv vitro// Научные ведомости. - 2011.- № 3, Вып. 14.- С. 155-162.Yumazaki D., Kurisu S., Takenawa T. Regulation of cancer cell motility through actin reorganization. Cancer Sci. 2005;96:379-386.Yumazaki D., Kurisu S., Takenawa T. Regulation of cancer cell motility through actin reorganization. Cancer Sci. 2005;96:379-386.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.