3. Атомно-силовая микроскопия в исследованиях биологических объектов

Одним из способов изучения влияния холодового воздействия на биологические клетки является атомно-силовая микроскопия (АСМ). Атомно-силовая микроскопия позволяет не только визуализировать поверхность изучаемого образца, но и измерить модуль упругости клеток . АСМ основана на регистрации силового взаимодействия между зондом, радиусом 20–100 нм и исследуемой поверхностью. При нахождении острия зонда в непосредственной близости с поверхностью образца, силы, возникающие между зондом и образцом приводят к отклонению консоли. Возникающее отклонение зонда измеряется с помощью системы, состоящей из лазерного луча, отраженного от верхней поверхности консоли и фотодиодов [32].

Данный метод обладает высокой чувствительностью, высоким пространственным разрешением, а так же может быть использован для измерения в реальном времени в водной среде клеточной культуры. Помимо визуализации возможно и измерение механических свойств клеток. Механические свойства клеток включают: жесткость, нелинейность, анизотропию и гетерогенность (неоднородность), а также несколько функциональных аспектов, включающих их связь с отдельными компонентами цитоскелета и клеточных органелл, реакцию клеток на внешнее механическое раздражение, а так же их модернизацию и влияние на внеклеточную матрицу. Механические свойства клеток, оказывают существенное влияние на некоторые важные функций клеток, такие как форма, деформируемость, подвижность, деление и адгезия. Изменение механических свойств клеток обнаружено при различных заболеваниях, таких как рак, артрит, сердечно-сосудистые заболевания [33]. Показано, что остеоартритные хондроциты (клетки образующие хрящ) менее упругие, чем нормальные хондроциты; и злокачественные гепатоциты (клетки печени) обладают большей упругостью по сравнению со здоровыми гепатоцитами. При заболеваниях крови, изменения механических свойств клеток могут оказать сильное влияние на их прохождение через сосуды, так как повышенная упругость клеток препятствует их нормальному прохождению через мелкие капилляры. Снижение деформируемости эритроцитов инфицированных Plasmodium falciparum (паразит вызывающий малярию) препятствует способности клеток проходить через изготовленные микроканалы [34]. Недавние исследования в области сахарного диабета позволяют предположить, что некоторые осложнения могут быть связаны с повышенной жесткостью лимфоцитов. При острой лейкемии незрелые миелоидные или лимфоидные клетки крови, называемые миелобласты и лимфобласты бесконтрольно размножаются. Снижение деформируемости этих клеток, а также увеличение адгезии и распространения, связывают с лейкостазом, уделяя недостаточное внимание условиям, при которых клетки объединяются в сосудах [35]. Это состояние часто приводит к внутричерепному кровоизлиянию и к дыхательной недостаточности, которые быстро приводят к смерти, и проводящаяся терапия, основанная на удалении клеток лейкемии из кровообращения, не обеспечивает снижение смертности.

Таким образом, для более глубокого понимания заболеваний необходимо более тщательное изучение биофизических изменений в клетках. В связи с этим, целью данной работы являлось исследование влияния холодового воздействия на форменные элементы крови спортсменов с помощью АСМ.