Measurement of the Local Tension of Red Blood Cell Membranes by Atomic Force Spectroscopy
https://doi.org/10.15360/1813-9779-2013-1-14
Abstract
Objective: to study the average local tension of a membrane upon exposure to its modifiers. Materials and methods. Blood from 3 healthy donors was sampled into ethylene diamine tetraacetate-containing microvettes (Sarstedt AG and Co., Germany) during prophylactic examinations. In this series of experiments, the red blood cells were exposed to the membrane nanosurface modifier hemin (muriatic hematin). Hemin disrupts the conformation of spectrin, a band 4.1 protein, and weakens their bond [19]. Hemin was added to blood in vitro. Its blood concentration was 1.8 mM. The images of cells and their membranes were obtained on a NTEGRA Prima atomic force microscope (NT-MDT, Russia) [16]. The membrane tension was estimated by atomic force spectroscopy. Results. After exposure to hemin, 68% of cases showed a 2.1-fold increase in the average tension as compared to the mean control value (p<0.05), which could reduce ID by «30 %. Subsequent exposure to perftoran returned the membrane tension to the baseline values in 85% of cases. The membrane tension of other 15% of the areas on the cells remained high — 2.3 times higher than the control values (p<0.05) even despite the action of perftoran. Conclusion. Thus, atomic force spectroscopy was used to measure the average local tension of the membrane, which depended on exposure to its modifiers, such as hemin. Key words: red blood cell, membrane tension, atomic force spectroscopy, hemin.
References
1. Butt H. J., Cappella B., Kappl M.Surface Sci. Rep.
2. Girasole M., Cricenti A., Generosi R., Congiu-Castellano A., Boumis G., Amiconi G.Artificially induced unusual shape of erythrocytes: an atomic force microscopy study.J. Microsc.2001; 204 (Pt 1): 46—5
3. Лебедев Д. В., Чукланов А. П., Бухараев А. А., Дружинина О. С.Измерение модуля Юнга биологических объектов в жидкой среде с помощью специального зонда атомно-силового микроскопа.ПисьмавЖТФ.2009; 35 (8): 54—61.
4. Costa K. D.Imaging and probing cell mechanical properties with the atomic force microscope.Methods Mol. Biol.2006; 319: 331—361.
5. Мороз В. В., Черныш А. М, Козлова Е. К., Сергунова В. А., Гудкова О. Е, Федорова М. С., Кирсанова А. К., Новодержкина И. С.Нарушение наноструктуры мембран эритроцитов при острой кровопотере и их коррекция перфторуглеродной эмульсией.Общая реаниматология.2011; 7 (2): 5—9.
6. Мороз В. В, Голубев А. М, Афанасьев А. В., Кузовлев А. Н., Сергунова В. А, Гудкова О. Е., Черныш А. М.Строение и функция эритроцита в норме и при критических состояниях.Общая реаниматология.2012; 8 (1): 52—60.
7. Ефремов Ю. М., Багров Д. В., Дубровин Е. В., Шайтан К. В., Ямин-ский И. В.Атомно-силовая микроскопия животных клеток: обзор достижений и перспективы развития.Биофизика.2011; 56 (2): 288—303.
8. Fisseha D., Katiyar V. K.Analysis of mechanical behavior of red cell membrane in sickle cell disease.Appl. Mathematics.2012; 2 (2): 40—46.
9. Луценко М. Т., Рабинович Б. А.Деформируемость эритроцитов в периферической крови беременных при обострении в третьем триместре гестациигерпес-вирусной инфекции.Информатикаисистемыуправления.2011; 3: 44—51.
10. Chasis J. A., Mohands N.Erythrocyte membranedeformability and stability: two distinct membrane properties that are independently regulated by skeletal protein associations.J. Cell Biol.1986; 103 (2): 343—350.
11. Turchetti V., Leoncini F., De Matteis C, Trabalzini L., Guerrini M, Forconi S.Evaluation of erythrocyte morphology as deformability index in patients suffering from vascular diseases, with or without diabetes mel-litus: correlation with blood viscosity and intra-erythrocytic calcium.Clin. Hemorheol. Microcirc.1998; 18 (2—3): 141—149.
12. Chasis J. A., Schrier S. L.Membrane deformability and the capacity for shape change in the erythrocyte.Blood.1989; 74 (7): 2562—2568.
13. Коркушко О. В., Дужак Г. В.Возрастные изменения реологических свойств крови и состояния эндотелиальной функции микроцирку-ляторного сосудистого русла.Проблемы старения и долголетия.2011; 20 (1): 35—52.
14. Кулапина О. И., Киричук В. Ф., Зайцева И. А.Изменения реологических свойств крови у больных ангинами.Саратовский науч. -мед. журн.2008; 4 (3): 37—41.
15. Исакова А. А.Микрореологические нарушения и способы их коррекции у больных с травмой и кровопотерей: автореф. дис. …канд. мед. наук. М., 2009: 25.
16. ShinS.,KuY.,BabuN.,Singh M.Erythrocyte deformability and its variation in diabetes mellitus.Indian J. Exp. Biol.2007; 45 (1): 121—128.
17. Киричук В. Ф., Широков В. Ю.Особенности реологии крови у больных хроническим генерализованным пародонтитом в сочетании с заболеваниями желудочно-кишечного тракта.Бюл.cuбирскоймеди-цины.2003; 2 (4): 72—79.
18. Мороз В. В., Голубев А. М., Черныш А. М., Козлова Е. К., Васильев В. Ю., Гудкова О. Е., Сергунова В. А., Федорова М. С.Изменения структуры поверхности мембран эритроцитов при длительном хранении донорской крови.Общая реаниматология.2012; 8 (1): 5—12.
19. Мороз В. В., Козлова Е. К., Черныш А. М., Гудкова О. Е., Бушуева А. В.Изменения структуры мембран эритроцитов при действии гемина.Общаяреаниматология.2012; 8 (6): 5—10.
20. Starodubtseva M., Chizhik S., Yegorenkov N., Nikitina I., Drozd E.Study of the mechanical properties of single cells as biocomposites by atomic force microscopy. Microscopy: Science, Technology, Applications and Education. 2010: 470—477.
21. Li S.D.,Su Y.D.,LiM.,Zou C. G.Hemin-mediated hemolysis in erythrocytes: effects of ascorbic acid and glutathione.Acta Biochim. Biophys. Sin. (Shanghai).2006; 38 (1): 63—69.
Review
For citations:
Sergunova V.A., Gudkova O.E., Kozlov A.P., Chernysh A.M. Measurement of the Local Tension of Red Blood Cell Membranes by Atomic Force Spectroscopy . General Reanimatology. 2013;9(1):14. (In Russ.) https://doi.org/10.15360/1813-9779-2013-1-14
Views:
1360
Email this article 