Mechanical properties of the membrane of circulating metastatic tumor cells as a diagnostic marker

Автор(и)

  • M. V. Olenchuk Department of Physics of Biological Systems Institute of Physics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv 03028, Ukraine
  • O. P. Gnatyuk Department of Physics of Biological Systems Institute of Physics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv 03028, Ukraine
  • S. V. Romanеnko Departament of Biophysics of Sensory Signalin O. O. Bogomoletz Institute of Physiology of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv 01024, Ukraine
  • P. V. Belan Departament of Biophysics of Sensory Signalin O. O. Bogomoletz Institute of Physiology of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv 01024, Ukraine
  • D. L. Kolesnik Laboratory of Molecular and Cellular Mechanisms of Metastasis R. E. Kavetsky Institute of Experimental Pathology, Oncology and Radiobiology, Kyiv 03028, Ukraine
  • G.I. Solyanik Laboratory of Molecular and Cellular Mechanisms of Metastasis R. E. Kavetsky Institute of Experimental Pathology, Oncology and Radiobiology, Kyiv 03028, Ukraine
  • G. I. Dovbeshko Department of Physics of Biological Systems Institute of Physics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv 03028, Ukraine

DOI (Low Temperature Physics):


https://doi.org/10.1063/10.0043377

Ключові слова:

Lewis lung carcinoma cell, cell membrane tension, shear elastic modulus

Анотація

Механічні властивості клітин є фундаментальними для багатьох клітинних функцій, зокрема росту, поділу, рухливості, адгезії та відповіді на фармакологічне лікування. Механіка клітинних компонентів у сукупності визначає загальну механічну поведінку клітини. Такі структури, як мембрана, цитоскелет, ядро та інші органели, утворюють взаємопов’язану мережу, що є центральною для механобіології окремих клітин. Під час переходу пухлинних клітин до метастатичного фенотипу відбуваються суттєві зміни механічних властивостей, які відіграють ключову роль у цій трансформації. Для моделювання пухлинних клітин, що метастазують, застосовують культивування в деадгезивних умовах. У цьому дослідженні дві клітинні лінії з різним метастатичним потенціалом — карцинома легені Льюїса (LLC) та LLC/R9 — культивували за адгезивних (що репрезентують типові пухлинні клітини) або деадгезивних (що репрезентують метастатичні пухлинні клітини) умов. Показано, що кількісна оцінка механічних властивостей клітин залежить від фази клітинного циклу, методу вимірювання та підходу до теоретичного моделювання. У статті розглянуто зміни механічних властивостей, зокрема натягу мембрани та зсувного модуля пружності, у циркулюючих метастатичних пухлинних клітинах, визначені методом аспірації мікропіпеткою. Результати свідчать, що клітини, вирощені в деадгезивних умовах, характеризуються більшою однорідністю популяції та вужчим розподілом значень зсувного модуля пружності порівняно з клітинами, вирощеними в адгезивних умовах. Крім того, клітини LLC демонстрували нижчі значення зсувного модуля пружності, ніж клітини LLC/R9, що корелює з їхньою метастатичною активністю. Ці механічні параметри можуть бути цінними маркерами для визначення метастатичного потенціалу пухлинних клітин.

Посилання

1. R. P. Brandes, N. Weissmann, and K. Schröder, Antioxid. Redox Signal. 20, 887 (2014). https://doi.org/10.1089/ars.2013.5414

2. F. H. Silver, and L. M. Siperko, Crit. Rev. Biomed. Eng. 31, 255 (2003). https://doi.org/10.1615/CritRevBiomedEng.v31.i4.10

3. J. H.-C. Wang, J. Biomech. 39, 1563 (2006). https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2005.05.011

4. C. Matellan, and A. E. Del Río Hernández, ACS Biomater Sci. Eng. 5, 3703 (2019). https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.8b01206

5. P. Roca-Cusachs, V. Conte, and X. Trepat, Nature Cell Biology 19, 742 (2017). https://doi.org/10.1038/ncb3564

6. A. Agrawal, Y. Javanmardi, S. A. Watson et al, Biol. Phys. Mech. 2, 3 (2025). https://doi.org/10.1038/s44341-024-00007-x

7. Y. Hao, S. Cheng, Y. Tanaka, Y. Hosokawa, Y. Yalikun, and M. Li, Biotechnology Adv. 45, 107648 (2020). https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2020.107648

8. T. Vicar, J. Chmelik, J. Navratil, R. Kolar, L. Chmelikova, V. Cmiel, J. Jagos, I. Provaznik, M. Masarik, and J. Gumulec, Biophysical J. 121, 1632 (2022). https://doi.org/10.1016/j.bpj.2022.04.002

9. A. Cartagena-Rivera, W. H. Wang, R. Geahlen, and A. Raman, Sci. Rep. 5, 11692 (2015). https://doi.org/10.1038/srep11692

10. N. L. Calistri, R. J. Kimmerling, S. W. Malinowski, M. Touat, M. M. Stevens, S. Olcum, K. L. Ligon, and S. R. Manalis, Nat. Commun. 9, 4784 (2018). https://doi.org/10.1038/s41467-018-07283-x

11. T. H. Nguyen, H. A. Nguyen, Y. Tran Thi, D. Hoang Tran, H. Cao, T. Chu Duc, T. T. Bui, and L. Do Quang, The Analyst. 148, 1912 (2023). https://doi.org/10.1039/D2AN02027K

12. J. Zhao, Z. Han, C. Xu, L. Li, H. Pei, Y. Song, Z. Wang, and B. Tanga, EBioMedicine 90, 104522 (2023). https://doi.org/10.1016/j.ebiom.2023.104522

13. L. M. Lee, and A. P. Liu, J. Nanotechnol. Eng. Med. 5, 0408011 (2014).

14. Y.-S. Kee, and D. N. Robinson, Methods Mol. Biol. 983, 367 (2013). https://doi.org/10.1007/978-1-62703-302-2_20

15. J. Jin, H. J. Wang, Y. C. Chen, B. Russell, A. Sun, Y. Wang, and L. A. Ju, J. Vis. Exp. 203, e66265 (2024), available at https://app.jove.com/v/66265/author-spotlight-advancing-live-cell-mechanobiology-through.

16. N. Bufi, P. Durand-Smet, and A. Asnacios, Methods Cell Biol. 125, 187 (2015). https://doi.org/10.1016/bs.mcb.2014.11.002

17. K. E. Kasza, D. Vader, S. Köster, N. Wang, and D. A. Weitz, Cold Spring Harb. Protoc. 4, pdb.prot5599 (2011). https://doi.org/10.1101/pdb.prot5599

18. R. Tapia-Rojo, Biophysi. Rev. 17, 25 (2025). https://doi.org/10.1007/s12551-025-01274-1

19. H.-K. Choi, H. G. Kim, M. J. Shon, and T.-Y. Yoon, Ann. Rev. Biochem. 91, 33 (2022). https://doi.org/10.1146/annurev-biochem-032620-104637

20. M. Brizioli, M. A. Escobedo-Sánchez, P. M. McCall, Y. Roichman, V. Trappe, M. L. Gardel, S. U. Egelhaaf, F. Giavazzi, and R. Cerbino, Soft Matter 21, 1373 (2025). https://doi.org/10.1039/D4SM01390E

21. C. J. Chan, W. Li, G. Cojoc, and J. Guck, Biophys. J. 112, 1063 (2017). https://doi.org/10.1016/j.bpj.2017.01.022

22. C. J. Bustamante, Y. R. Chemla, S. Liu, and M. D. Wang, Nat. Rev. Methods Primers. 1, 25 (2021). https://doi.org/10.1038/s43586-021-00021-6

23. T. Yang, F. Bragheri, G. Nava, I. Chiodi, C. Mondello, R. Osellame, K. Berg-Sørensen, I. Cristiani, and P. Minzioni, Sci. Rep. 6, 23946 (2016). https://doi.org/10.1038/srep23946

24. G. I. Solyanik, D. L. Kolesnik, I. V. Prokhorova, O. V. Yurchenko, and O. N. Pyaskovskaya, Heliyon 10, e32626 (2024). https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e32626

25. O. N. Pyaskovskaya, O. I. Dasyukevich, D. L. Kolesnik, L. V. Garmanchouk, I. N. Todor, and G. I. Solyanik, Exp. Oncol. 29, 197 (2007).

26. O. N. Pyaskovskaya, D. L. Kolesnik, L. V. Garmanchouk, Yu. V. Yanish, and G. I. Solyanik, Exp. Oncol. 43, 104 (2021). https://doi.org/10.32471/exp-oncology.2312-8852.vol-43-no-2.16157

27. O. Gnatyuk, D. Kolesnyk, T. Voitsitskyi, S. Karakhim, A. Nikolenko, A. Dementjev, G. Solyanik, and G. Dovbeshko, Spectrosc. J. 2, 306 (2024). https://doi.org/10.3390/spectroscj2040018

28. A. C. Rowat, J. Lammerding, and J. H. Ipsen, Biophys. J. 91, 4649 (2006). https://doi.org/10.1529/biophysj.106.086454

29. R. M. Hochmuth, J. Biomech. 33, 15 (2000). https://doi.org/10.1016/S0021-9290(99)00175-X

30. E. Evans, and A. Yeung, Biophys. J. 56, 151 (1989). https://doi.org/10.1016/S0006-3495(89)82660-8

31. W. R. Jones, H. P. Ting-Beall, G. M. Lee, S. S. Kelley, R. M. Hochmuth, and F. Guilak, J. Biomech. 32, 119 (1999). https://doi.org/10.1016/S0021-9290(98)00166-3

32. J. C. Hamann, A. Surcel, R. Chen, C. Teragawa, J. G. Albeck, D. N. Robinson, and M. Overholtzer, Cell Rep. 20, 201 (2017). https://doi.org/10.1016/j.celrep.2017.06.037

Downloads

Опубліковано

2026-03-24

Як цитувати

(1)
M. V. Olenchuk, O. P. Gnatyuk, Romanеnko S. V., P. V. Belan, D. L. Kolesnik, G.I. Solyanik, and G. I. Dovbeshko, Mechanical properties of the membrane of circulating metastatic tumor cells as a diagnostic marker , Low Temp. Phys. 52, 591–597, (2026) [Fiz. Nyzk. Temp. 52, 660–666, (2026)] DOI: https://doi.org/10.1063/10.0043377.

Номер

Том 52 № 5 (2026)

Розділ

Статті

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.