Podrobno

Spatiotemporal analysis of Escherichia coli membrane permeabilization and uptake kinetics induced by a single microbubble cavitation event
ID Drab, Mitja (Avtor), ID Iglič, Aleš (Avtor), ID Stopar, David (Avtor), ID Pandur, Žiga (Avtor)

.pdfPDF - Predstavitvena datoteka, prenos (3,61 MB)
MD5: FEB084310BAC0872C8B766AB89540E94
URLURL - Izvorni URL, za dostop obiščite https://www.nature.com/articles/s41598-025-26554-4 Povezava se odpre v novem oknu

Izvleček
A single cavitation microbubble can transiently disrupt the cellular membrane, providing a chemicalfree, targeted drug delivery mechanism. Here, we investigate the spatiotemporal dynamics of membrane permeabilization in an Escherichia coli (E. coli) monolayer exposed to a single cavitation event. Using high-resolution fluorescence microscopy and propidium iodide (PI) uptake as a marker of membrane disruption, we tracked the response of 5565 individual cells around the center of the cavitation event over timescales from microseconds to minutes and spatial scales from 1 to 165 µm. PI uptake rates exhibited a strong spatial dependence, with cells closer to the cavitation center showing rapid and extensive permeabilization. A modified Goldman equation describing PI concentrations inside and outside the cells was used and related to the spatiotemporal measurements of fluorescence intensity. The model accurately captured the first-order PI uptake kinetics, which resulted in saturated fluorescence intensity profiles. Additionally, the model predicted an exponential decay of permeability post-cavitation, implicitly suggesting that pore-resealing dynamics were taking place. Membrane permeability decreased with distance as 1/r, with a characteristic decay time of approximately 3.4 min. Our model thus predicts cell damage induced by a single cavitation event in both space and time. In the present case, where the cavitation bubble reached maximum radius of 29.7 µm, we found that at a distance of 11 µm from the cavitation center,~50% of cell membranes are damaged and permeable to PI, but a pore-resealing mechanism reduces this damage to~1% after 10 min. Our results are consistent with existing sonoporation studies and offer novel insights for optimizing cavitationassisted drug delivery and biofilm disruption strategies.

Jezik:Angleški jezik
Ključne besede:cavitation, bacterial cells, poration, propidium iodide uptake, Goldman equation
Vrsta gradiva:Članek v reviji
Tipologija:1.01 - Izvirni znanstveni članek
Organizacija:FE - Fakulteta za elektrotehniko
FS - Fakulteta za strojništvo
BF - Biotehniška fakulteta
Status publikacije:Objavljeno
Različica publikacije:Objavljena publikacija
Leto izida:2025
Št. strani:12 str.
Številčenje:15, art. 42593
PID:20.500.12556/RUL-176478 Povezava se odpre v novem oknu
UDK:577
ISSN pri članku:2045-2322
DOI:10.1038/s41598-025-26554-4 Povezava se odpre v novem oknu
COBISS.SI-ID:259523587 Povezava se odpre v novem oknu
Datum objave v RUL:02.12.2025
Število ogledov:373
Število prenosov:141
Metapodatki:XML DC-XML DC-RDF
:
Kopiraj citat
Objavi na:Bookmark and Share

Gradivo je del revije

Naslov:Scientific reports
Skrajšan naslov:Sci. rep.
Založnik:Nature Publishing Group
ISSN:2045-2322
COBISS.SI-ID:18727432 Povezava se odpre v novem oknu

Licence

Licenca:CC BY 4.0, Creative Commons Priznanje avtorstva 4.0 Mednarodna
Povezava:http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.sl
Opis:To je standardna licenca Creative Commons, ki daje uporabnikom največ možnosti za nadaljnjo uporabo dela, pri čemer morajo navesti avtorja.

Sekundarni jezik

Jezik:Slovenski jezik
Ključne besede:kavitacija, bakterijske celice, poracija, privzem propidijevega jodida, Goldmanova enačba

Projekti

Financer:ARIS - Javna agencija za znanstvenoraziskovalno in inovacijsko dejavnost Republike Slovenije
Številka projekta:Z2-60174
Naslov:Skaliranje kavitacije od posameznega mehurčka v kavitacijski oblak za povečanje inaktivacije bakterij

Financer:ARIS - Javna agencija za znanstvenoraziskovalno in inovacijsko dejavnost Republike Slovenije
Številka projekta:J2-60032
Naslov:Večnivojski in integralni pristop k razumevanju kavitacije (MICKA)

Financer:ARIS - Javna agencija za znanstvenoraziskovalno in inovacijsko dejavnost Republike Slovenije
Številka projekta:J2-4447
Naslov:Vpliv mehanike in topologije membrane na celično ujetje bakterij, virionov in anorganskih delcev

Financer:ARIS - Javna agencija za znanstvenoraziskovalno in inovacijsko dejavnost Republike Slovenije
Številka projekta:J3-60063
Naslov:Avtologni krvni pripravki z zunajceličnimi delci in hibridosomi za regeneracijo

Financer:ARIS - Javna agencija za znanstvenoraziskovalno in inovacijsko dejavnost Republike Slovenije
Številka projekta:P2-0232
Naslov:Analiza biomedicinskih slik in signalov

Financer:ARIS - Javna agencija za znanstvenoraziskovalno in inovacijsko dejavnost Republike Slovenije
Številka projekta:P2-0422
Naslov:Funkcionalne tekočine za napredne energetske sisteme

Financer:ARIS - Javna agencija za znanstvenoraziskovalno in inovacijsko dejavnost Republike Slovenije
Številka projekta:802-12
Naslov:Nanostructurome

Financer:EC - European Commission
Številka projekta:101131175
Naslov:Plant EV farming
Akronim:FarmEVs

Podobna dela

Podobna dela v RUL:
Podobna dela v drugih slovenskih zbirkah:

Nazaj