vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2025-70-3-198-208vestift-905Research ArticleСтатьиАСМ-анализ неоднородности механических свойств поверхности фибробластов после радиационного воздействияAFM analysis of spatial elastic modulus distribution of fibroblast surface after radiation exposure.https://orcid.org/0000-0002-6365-3856ШкляроваА. Н.ShkliaravaN. M.

Шклярова Анастасия Николаевна – научный сотрудник

ул. Федюнинского, 4, 246007, Гомель

Nastassia M. Shkliarava – Researcher 

4, Fedyuninski St., 246007, Gomel

anshkliarava@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-6956-9014СтародубцеваМ. Н.StarodubtsevaM. N.

Стародубцева Мария Николаевна – доктор биологических наук, доцент 

ул. Ланге, 5, 246000, Гомель,

Maria N. Starodubtseva – Dr. Sci. (Biology), Associate Professor, Professor

5, Lange St., 246000, Gomel

maria.n.starodubtseva@gmail.comИнститут радиобиологии Национальной академии наук БеларусиInstitute of Radiobiology of the National Academy of Sciences of BelarusГомельский государственный медицинский университетGomel State Medical University202514102025703198208Copyright © Шклярова А.Н., Стародубцева М.Н., 20252025Шклярова А.Н., Стародубцева М.Н.Shkliarava N.M., Starodubtseva M.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/905

Механические свойства клеток, определяемые в основном свойствами и структурой цитоскелета, неоднородны на микро- и наномасштабах. Пространственное распределение таких механических параметров, как модуль упругости и сила адгезии, по поверхности фибробластов характеризует их механический фенотип. С по- мощью картирования механических свойств с использованием режима Force Volume атомно-силовой микроскопии и применения статистических методов анализа (моделирование распределений параметров двухкомпонентной Гауссовой смесью и кластеризация данных) установлены закономерности изменения пространственного распределения механических свойств поверхности фибробластов первичных культур, выделенных из легкого необлученных и облученных 14-месячных крыс Wistar и 3-недельного постлучевого периода. После облучения изменяется доля участков поверхности с повышенными упругими свойствами и сниженными адгезионными свойствами, соответствующих участкам плазмалеммы над структурами стрессовых волокон. Полученные данные свидетельствуют о том, что облучение как в низких (0,1 Гр), так и в высоких (1 и 15 Гр) дозах вызывает изменения механического фенотипа фибробластов в течение раннего отдаленного постлучевого периода. Эти характерные изменения в механике фибробластов могут представлять собой ранние биомаркеры радиационно-индуцированных осложнений, таких как радиационный фиброз.

The mechanical properties of cells, determined mainly by the properties and structure of the cytoskeleton, are heterogeneous at the micro- and nanoscale. The spatial distribution of mechanical parameters such as elastic modulus and adhesion force over the surface of fibroblasts characterizes their mechanical phenotype. By mapping mechanical properties using the Force Volume mode of atomic force microscopy and using statistical analysis methods (modeling parameter distributions with a two-component Gaussian mixture and clustering data), patterns of changes in the spatial distribution of the mechanical properties of the fibroblast surface of primary cultures isolated from the lungs of non-irradiated and irradiated 14-month-old Wistar rats and a 3-week post-radiation period were established. After irradiation, the proportion of surface areas with increased elastic properties and reduced adhesive properties corresponding to the plasmalemma areas above the structures of stress fibers changes. The findings indicate that irradiation at both low (0.1 Gy) and high (1 and 15 Gy) doses induces alterations in the mechanical phenotype of fibroblasts during the early late post-radiation period. These characteristic modifications in fibroblast mechanics may represent early biomarkers of radiation-induced complications, such as radiation fibrosis.

АСМфибробластырентгеновское излучениемодуль упругостиадгезиястрессовые волокнаAFMfibroblastsX-rayselastic modulusadhesionstress fibersработа выполнена в рамках задания «Разработать критерии оценки радиационно-индуциро- ванных изменений ткани внутренней среды, основанной на анализе структуры и механических свойств клеточ- ного компонента на моделях in vitro и in vivo» «Природные ресурсы и окружающая среда 3.01» Государственной программы научных исследований «Природные ресурсы и окружающая среда» на 2021–2025 годы, подпрограм- ма 3 «Радиация и биологические системы» (№ ГР 20210231 от 15.03.2021).the work was performed within the framework of the assignment “To develop criteria for assessing radiation-induced changes in the tissue of the internal environment based on the analysis of the structure and mechanical properties of the cellular component in in vitro and in vivo models” “Natural Resources and the environment 3.01” of the State Scientific Research Program “Natural Resources and the Environment” on 2021–2025, subprogram 3 “Radiation and biological systems” (no. GR 20210231 dated 03.15.2021).ReferencesSuzuki, M. Ionizing radiation induces premature senescence in human normal fibroblasts through a p53-dependent pathway / M. Suzuki, D. A. Boothman, J. M. Sedivy // Experimental Cell Research. – 2001. – Vol. 265, № 2. – P. 332–341. https://doi.org/10.1006/excr.2001.5184Suzuki, M. Ionizing radiation induces premature senescence in human normal fibroblasts through a p53-dependent pathway / M. Suzuki, D. A. Boothman, J. M. Sedivy // Experimental Cell Research. – 2001. – Vol. 265, № 2. – P. 332–341. https://doi.org/10.1006/excr.2001.5184Radiation-induced fibrosis: mechanisms and implications for therapy / J. F. Straub, L. New, C. D. Hamilton [et al.] // Journal of Cancer Research and Clinical Oncology. – 2015. – Vol. 141, № 11. – P. 1985–1994. https:// doi.org/10.1007/s00432-015-1974-6Radiation-induced fibrosis: mechanisms and implications for therapy / J. F. Straub, L. New, C. D. Hamilton [et al.] // Journal of Cancer Research and Clinical Oncology. – 2015. – Vol. 141, № 11. – P. 1985–1994. https:// doi.org/10.1007/s00432-015-1974-6Atomic force microscopy probing of cell elasticity / T. G. Kuznetsova, M. N. Starodubtseva, N. I. Yegorenkov [et al.] // Micron. – 2007. – Vol. 38, № 8. – P. 824–833. https://doi.org/10.1016/j.micron.2007.06.011Atomic force microscopy probing of cell elasticity / T. G. Kuznetsova, M. N. Starodubtseva, N. I. Yegorenkov [et al.] // Micron. – 2007. – Vol. 38, № 8. – P. 824–833. https://doi.org/10.1016/j.micron.2007.06.011Deguchi, S. Biomechanical properties of actin stress fibers of non-motile cells / S. Deguchi, M. Sato // Biorheology. – 2009. – Vol. 46, № 2. – P. 93–105. https://doi.org/10.3233/BIR-2009-0528Deguchi, S. Biomechanical properties of actin stress fibers of non-motile cells / S. Deguchi, M. Sato // Biorheology. – 2009. – Vol. 46, № 2. – P. 93–105. https://doi.org/10.3233/BIR-2009-0528Myofibroblasts and mechano-regulation of connective tissue remodelling / J. J. Tomasek, G. Gabbiani, B. Hinz [et al.] // Nature Reviews Molecular Cell Biology. – 2002. – Vol. 3, № 5. – P. 349–363. https://doi.org/10.1038/nrm809Myofibroblasts and mechano-regulation of connective tissue remodelling / J. J. Tomasek, G. Gabbiani, B. Hinz [et al.] // Nature Reviews Molecular Cell Biology. – 2002. – Vol. 3, № 5. – P. 349–363. https://doi.org/10.1038/nrm809Pellegrin, S. Actin stress fibres / S. Pellegrin, H. Mellor // Journal of Cell Science. – 2007. – Vol. 120, № 20. – P. 3491–3499. https://doi.org/10.1242/jcs.018473Pellegrin, S. Actin stress fibres / S. Pellegrin, H. Mellor // Journal of Cell Science. – 2007. – Vol. 120, № 20. – P. 3491–3499. https://doi.org/10.1242/jcs.018473Primary culture of lung fibroblasts from hyperoxia-exposed rats and a proliferative characteristics study / S. M. Zhao, H. M. Wu, M. L. Cao, D. Han // Cytotechnology. – 2018. – Vol. 70, № 2. – P. 751–760. https://doi.org/10.1007/s10616-017-0179-zPrimary culture of lung fibroblasts from hyperoxia-exposed rats and a proliferative characteristics study / S. M. Zhao, H. M. Wu, M. L. Cao, D. Han // Cytotechnology. – 2018. – Vol. 70, № 2. – P. 751–760. https://doi.org/10.1007/s10616-017-0179-zHinz, B. Mechanisms of force generation and transmission by myofibroblasts / B. Hinz, G. Gabbiani // Current Opinion in Biotechnology. – 2003. – Vol. 14, № 5. – P. 538–546. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2003.08.006Hinz, B. Mechanisms of force generation and transmission by myofibroblasts / B. Hinz, G. Gabbiani // Current Opinion in Biotechnology. – 2003. – Vol. 14, № 5. – P. 538–546. https://doi.org/10.1016/j.copbio.2003.08.006Cytoskeleton Response to Ionizing Radiation: A Brief Review on Adhesion and Migration Effects / G. La Verde, V. Artiola, V. Panzetta [et al.] // Biomedicines. – 2021. – Vol. 9, № 9. – Art. ID 1102. https://doi.org/10.3390/biomedicines9091102Cytoskeleton Response to Ionizing Radiation: A Brief Review on Adhesion and Migration Effects / G. La Verde, V. Artiola, V. Panzetta [et al.] // Biomedicines. – 2021. – Vol. 9, № 9. – Art. ID 1102. https://doi.org/10.3390/biomedicines9091102

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