Mehanski odziv celic na osmotski šok ob prisotnosti nanodelcev

Uršič, Urša (avtor), Ravnik, Miha (mentor), Urbančič, Iztok (komentor)

Celice za preživetje potrebujejo primerne mehanske lastnosti, ki se pri različnih boleznih ali prisotnosti tujkov, kot so nanodelci TiO2, lahko zelo spremenijo. Nanodelcem smo pogosto izpostavljeni, saj se nahajajo v ozračju, hrani in drugih vsakodnevnih produktih. Po nekaterih študijah lahko nanodelci TiO2 v neposrednem stiku s celicami znotraj našega telesa povzročijo poškodbe celic, predvsem membrane in citoskeleta. Za boljše poznavanje nevarnosti in mehanizmov delovanja nanodelcev TiO2 na celice je smiselno preučiti vpliv izpostavljenosti nanodelcem TiO2 na celične mehanske lastnosti. V magistrskem delu smo preučevali mehanske lastnosti pljučnih epitelijskih celic z izpostavljanjem celic osmotskemu šoku. Pri hipotoničnem osmotskem šoku se celice napihnejo, pri hipotoničnem pa sploščijo -- spremembe celičnega volumna smo opazovali pod konfokalnim fluorescenčnim in STED mikroskopom. Najprej smo preučili odziv zdravih celic na osmotski šok pri različnih osmolarnostih okolice in primerjali odziv s pričakovanji Boyle-van't Hoffove relacije, ki predvideva linearno odvisnost med volumnom celice in inverzom osmolarnosti okolice. Ugotovili smo, da se pljučne epitelijske celice obnašajo v skladu z Boyle-van't Hoffovo relacijo. Pri večkratnih ponovitvah osmotskega šoka na isti celici vidimo, da se odziv po dveh ali treh ponovitvah spremeni -- torej celice niso idealno elastičen objekt. Nato smo celicam kemično razgradili aktinski del citoskeleta z Latrunculinom A in spremljali odziv teh celic na osmotski šok. Kemična razgradnja aktinskega dela citoskeleta vpliva predvsem na aktivno prilagoditev celice na spremenjeno osmolarnost okolice. Ta odziv smo primerjali z odzivom celic, izpostavljenih nanodelcem TiO2, saj je znano, da nanodelci TiO2 interagirajo tudi s citoskeletom. Odziv celic, izpostavljenih nanodelcem TiO2, se niža z večjo količino dodanih nanodelcev. Pasivni odziv celice na osmotski šok takoj po tem, ko dodamo nanodelce, je povsem uničen -- celica se ob hipotoničnem šoku skoraj nič ne napihne, z daljšim inkubacijskim časom pa je odziv celic na hipotonični šok zopet znaten. To pomeni, da nanodelci vplivajo predvsem na začetni odziv, ki pa je bolj povezan z lastnostmi membrane, kot pa s citoskeletom. To delo prispeva k boljšemu razumevanju molekularnih mehanizmov, ki se pojavijo ob izpostavljenosti celic nanodelcem TiO2, kar je pomembno za potencialno preprečevanje poškodb, testiranje in zdravljenje tako hipne kot ponavljajoče se izpostavljenosti pljučnih celic nanodelcem.

• Jezik: Slovenski jezik
• Ključne besede: mehanske lastnosti celic, osmotski šok, nanodelci TiO2, citoskelet, membrana, konfokalni fluorescenčni mikroskop
• Vrsta gradiva: Magistrsko delo/naloga
• Tipologija: 2.09 - Magistrsko delo
• Organizacija: FMF - Fakulteta za matematiko in fiziko
• Leto izida: 2021
• PID: 20.500.12556/RUL-131153
• COBISS.SI-ID: 78573571
• Datum objave v RUL: 23.09.2021

Sekundarni jezik

• Jezik: Angleški jezik
• Naslov: Cells' mechanical response to osmotic shock when exposed to nanoparticles

Izvleček

To function properly cells need appropriate mechanical properties, which change drastically with various diseases or exposure to foreign substances such as TiO2 nanoparticles. We are often exposed to nanoparticles as they are omnipresent in the atmosphere, food, and other every-day products. Studies have shown that TiO2 nanoparticles are nontoxic when exposed to skin, but when exposed to our interior organs they can cause cell damage or necrosis. To better understand the danger and interaction mechanisms of TiO2 nanoparticles it is sensible to study changes in cell mechanics when the cells are exposed to TiO2 nanoparticles. In this MSc thesis, we have observed mechanical properties of lung epithelial cells when exposed to osmotic shock using STED and confocal microscopy. The used method is simple, quantitative, and provides insight to an initial passive response and to active adaptation of the cell to the new environment. First, we studied osmotic shock of healthy cells at different environmental osmolarities and compared the responses with Boyle-van't Hoff relation. Then we disrupted actin cytoskeleton with Latrunculin A and observed the cells' response to osmotic shock. We compared the osmotic shock of cells with chemically disrupted cytoskeleton with the response of cells incubated with TiO2 nanoparticles. Last, we observed the responses of cell incubated with different quantities of nanoparticles and at different incubation times. We have observed that lung epithelial cells respond to osmotic shock according to Boyle-van't Hoff relation. When repeating osmotic shock multiple times on the same cell we notice that the response changes after two or three repetitions. Actin depolymerization with Latrunculin A results in the inability of a cell to actively adapt to the new environment. Conversely, cells exposed to TiO2 nanoparticles have a smaller passive response to the osmotic shock, which also gets weaker with higher quantities of nanoparticles. We observed that the osmotic response gets restored with the longer incubation time of cells with TiO2 nanoparticles. More generally, this work is a contribution towards the understanding the role, safety, and the general effects of TiO2 nanoparticles in different bio-relevant environments and materials.

• Ključne besede: cell mechanics, osmotic shock, TiO2 nanoparticles, cytoskeleton, membrane, confocal microscope