Name: quantifying the mechanical properties of the endothelial glycocalyx with atomic force microscopy
Uploaded: 2013-02-21T13:00:00
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Gli autori desiderano ringraziare Elena Lomakina, Richard Bauserman, Margaret Youngman, Shay Vaknin, Jessica Snyder, Chris Striemer, Nakul Nataraj, Hung Li Chung, Tejas Khire, e Eric Lam per la loro assistenza in questo progetto. Questo progetto è stato finanziato dal NIH # PO1 HL 018208.

1. Metodi 1,1 Cella camera di flusso Una camera di flusso, illustrato in figura 1, è stato costruito in modo che le cellule possono essere coltivate in un taglio di 1,0 Pa (10 dyn / cm 2) e poi trasferita direttamente a un AFM Asylum MFP3D (Santa Barbara, CA). <ol><li> La camera di flusso è stato preparato per l&#39;esperimento prima pulizia dei vetrini in soluzione Piranha (3:1 H 2 SO 4: H 2 O 2)...

<ol>
	<li>Clifford, C., Seah, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoindentation+measurement+of+young's+modulus+for+compliant+layers+on+stiffer+substrates+including+the+effect+of+poisson's+ratios.">Nanoindentation measurement of young's modulus for compliant layers on stiffer substrates including the effect of poisson's ratios.</a> Nanotechnology. , (2009).</li><li>Gouverneur, M., Spaan, J. A. E., Pannekoek, H., Fontijn, R. D., Vink, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluid+shear+stress+stimulates+incorporation+of+hyaluronan+into+endothelial+cell+glycocalyx.">Fluid shear stress stimulates incorporation of hyaluronan into endothelial cell glycocalyx.</a> Am. J. Physiol. Heart. Circ. Physiol. 290 (1), 458-452 (2006).</li><li>Hocde, S. A., Hyrien, O., Waugh, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell+adhesion+molecule+distribution+relative+to+neutrophil+surface+topography+assessed+by+tirfm.">Cell adhesion molecule distribution relative to neutrophil surface topography assessed by tirfm.</a> Biophysical Journal. 97 (1), 379-387 (2009).</li><li>Lipowski, H. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+endothelial+glycocalyx+as+a+barrier+to+leukocyte+adhesion+and+its+mediation+by+extracellular+proteases.">The endothelial glycocalyx as a barrier to leukocyte adhesion and its mediation by extracellular proteases.</a> Annals of biomedical engineering. 40 (4), 840-848 (2012).</li><li>Lu, L., Oswald, S. J., Ngu, H., Yin, F. C. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+properties+of+actin+stress+fibers+in+living+cells.">Mechanical properties of actin stress fibers in living cells.</a> Biophysical Journal. 95 (12), 6060-6071 (2008).</li><li>Pries, A. R., Secomb, T. W., Gaehtgens, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+endothelial+surface+layer.">The endothelial surface layer.</a> Pflugers Archiv. European Journal of Physiology. 440 (5), 653-666 (2000).</li><li>Spillmann, C. M., Lomakina, E., Waugh, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neutrophil+adhesive+contact+dependence+on+impingement+force.">Neutrophil adhesive contact dependence on impingement force.</a> Biophysical Journal. 87 (6), 4237-4245 (2004).</li><li>vanden Berg, B. M., Vink, H., Spaan, J. A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+endothelial+glycocalyx+protects+against+myocardial+edema.">The endothelial glycocalyx protects against myocardial edema.</a> Circulation Research. 92 (6), 592-594 (2003).</li><li>Williams, T. E., Nagarajan, S., Selvaraj, P., Zhu, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantifying+the+impact+of+membrane+microtopology+on+effective+two-dimensional+affinity.">Quantifying the impact of membrane microtopology on effective two-dimensional affinity.</a> J. Biol. Chem. 276 (16), 13283-138 (2001).</li><li>Vink, H., Duling, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identification+of+Distinct+Luminal+Domains+for+Macromolecules,+Erythrocytes,+and+Leukocytes+Within+Mammalian+Capillaries.">Identification of Distinct Luminal Domains for Macromolecules, Erythrocytes, and Leukocytes Within Mammalian Capillaries.</a> Circulation Research. 79, 581-589 (1996).</li></ol>

Abbiamo usato valori calcolati dal modello a due strati e teoria Hertz per modellare l&#39;interazione di un leucociti circolanti nel sangue con la parete endoteliale. Abbiamo calcolato che un microvillus sulla leucociti con un diametro di 50 nm sotto un carico di 10 pN sarebbe trattino circa 150 nm nel glicocalice, solo una frazione dello spessore totale. Ciò indica che il glicocalice, con proprietà misurate in questo esperimento, è una barriera significativa interazione cellula-cellula e può essere un grande ostac...

<table border="1"><tbody><tr><td> Nome del reagente / materiale </td><td> Azienda </td><td> Numero di catalogo </td><td> Commenti </td></tr><tr><td> Mezzo di McCoy </td><td> Gibco </td><td> 16600-082 </td><td></td></tr><tr><td> Fetal Calf Serum </td><td> Hyclone </td><td> SH30070 </td><td></td></tr><tr><td> Cellule endoteliali terreno di crescita </td><td> Vec Technologies </td><td> MCDB-131 </td><td></td></tr><tr><td> Pool umani ombelicale cellule endoteliali Vena </td><td> Vec Technologies </td><td> PHUVEC/T-25 </td><td></td></tr><tr><td> Acido solforico </td><td> JT Baker </td><td> 9681-02 </td><td></td></tr><tr><td> Perossido di idrogeno </td><td> VWR </td><td> BDH3742-1 </td><td></td></tr><tr><td> (3-amminopropil) triethoxysilane </td><td> Aldrich </td><td> 440140-100ML </td><td></td></tr><tr><td> Alcool isopropilico </td><td> VWR </td><td> BDH8999-4 </td><td></td></tr><tr><td> Tripsina </td><td> Cellgro </td><td> 25-054-C1 </td><td></td></tr><tr><td> Sale di Hank soluzione tamponata </td><td> Gibco </td><td> 14175-095 </td><td></td></tr><tr><td> solfo-NHS-LC-biotina </td><td> Thermo Scientific </td><td> 21335 </td><td></td></tr><tr><td> Streptavadin perline </td><td> Dynabeads </td><td> 112.06D </td><td></td></tr><tr><td> MFP-3D AFM </td><td> Asylum Research </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Mensole Tipless </td><td> Nanomondo </td><td> ARROW-TL1-50 </td><td></td></tr><tr><td> Silhouette SD </td><td> Quickutz </td><td> Silhouette-SD </td><td></td></tr><tr><td> Gomma di silicone </td><td> Stockwell elastomeri </td><td> SE50-RS </td><td></td></tr><tr><td> 30 ml Siringhe </td&gt; <td> Benton Dickinson </td><td> 309650 </td><td></td></tr><tr><td> Calibro 18 aghi </td><td> Benton Dickinson </td><td> 305196 </td><td></td></tr><tr><td> Set di estensione </td><td> Hospira </td><td> 4429-48 </td><td></td></tr><tr><td> 4 vie </td><td> Teleflex </td><td> W21372 </td><td></td></tr><tr><td> Maschio / femmina Port Caps </td><td> Smith Medical </td><td> MX491B </td><td></td></tr><tr><td> Pompa peristaltica </td><td> Watson-Marlow </td><td> 401U / D </td><td></td></tr><tr><td> Tubi peristaltica </td><td> Watson-Marlow </td><td> 903.0016.016 </td><td></td></tr><tr><td> filtri sterili </td><td> Pall Life Science </td><td> 4652 </td><td></td></tr></tbody></table>

quantifying the mechanical properties of the endothelial glycocalyx with atomic force microscopy

Nostra comprensione dell&#39;interazione dei leucociti e la parete del serbatoio durante la cattura dei leucociti è limitata da una non completa comprensione delle proprietà meccaniche dello strato di superficie endoteliale. È noto che molecole di adesione sui leucociti sono distribuite in modo non uniforme rispetto alla superficie topografia 3, che limita la formazione topografia adesivo legame con altre superfici 9, e che le forze di contatto fisiologici (≈ 5,0-10,0 pN per microvillus) può comprimere i microvilli come meno un terzo della loro lunghezza a riposo, aumentando l&#39;accessibilità di molecole alla superficie opposta 3, 7. Consideriamo l&#39;endotelio come struttura a due strati, il corpo cellulare relativamente rigido, più il glicocalice, un rivestimento morbido zucchero protettivo sulla superficie luminale 6. E &#39;stato dimostrato che il glicocalice può agire come una barriera per ridurre l&#39;adesione dei leucociti al 4 superficie endoteliale.In questa relazione si comincia ad affrontare la deformabilità delle superfici endoteliali per capire come la rigidità meccanica endoteliale potrebbe influenzare la formazione del legame. Le cellule endoteliali in coltura statica non esprimono un glicocalice robusta, ma le cellule cresciute in condizioni di flusso fisiologiche cominciano ad approssimare il glicocalice osservate in vivo 2. Il modulo del corpo cellulare endoteliale è stata misurata utilizzando la microscopia a forza atomica (AFM) da circa 5 a 20 kPa 5. Lo spessore e la struttura del glicocalice sono stati studiati mediante microscopia elettronica 8, e il modulo del glicocalice è stato calcolato utilizzando metodi indiretti, ma a nostra conoscenza, non ci sono stati rapporti pubblicati di una misura diretta del modulo glicocalice in cellule viventi . In questo studio, presentiamo indentazione esperimenti effettuati con una nuova sonda AFM sulle cellule che sono state coltivate in condizioni di massimizzare la loro espressione di glicocalice make misurazioni dirette del modulo e lo spessore del glicocalice endoteliale.

In un esperimento tipico, 20 forza-vs-distanza curve sono state ottenute da una data regione della cellula, tipicamente nella regione perinucleare, vicino, ma non, il nucleo (entro ~ 2 micron). Le curve sono state allineate per tenere conto di qualsiasi deriva campione per tutta la durata della misurazione e poi mediati per rimuovere il rumore cantilever, come mostrato in Figura 4. Le curve sono state analizzate e forma con il modello a due strati che è stato sviluppato per la determinazione del modulo...

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Quantifying the Mechanical Properties of the Endothelial Glycocalyx with Atomic Force Microscopy

Le caratteristiche meccaniche del glicocalice endoteliale sono state misurate utilizzando sfere indentazione micron di dimensioni su cantilever AFM. Le cellule endoteliali sono state coltivate in una camera personalizzata in condizioni fisiologiche di flusso per indurre l&#39;espressione glicocalice. I dati sono stati analizzati utilizzando un modello di pellicola sottile per determinare lo spessore glicocalice e modulo.

Quantificare le proprietà meccaniche del glicocalice endoteliale con microscopia a forza atomica

Our  understanding of the interaction of leukocytes and the vessel wall during  leukocyte capture is limited by an incomplete understanding of the ...

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