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.2018年11月6日;115(9):1770-1782.
doi:10.1016/j.bpj.2018.09.020。 Epub 2018年9月29日。

模型组织乳腺基底膜的纳米形貌和孔隙弹性特性

附属机构

模型组织乳腺基底膜的纳米形貌和孔弹性特性

格洛丽亚·法布里斯等。 生物物理学J. .

摘要

基底膜(BM)是浓缩的细胞外基质蛋白的薄层,用作渗透过滤器、细胞锚定位点和抵抗癌细胞侵袭的屏障。人们认为,它们的生物力学特性在决定细胞行为和反应方面起着至关重要的作用,尤其是在机械活性组织如乳腺中。尽管如此,到目前为止,由于隔离和处理此类薄层材料的困难,对其分析的关注相对较少。在这里,我们分离了来自MCF10A球体三维乳腺模型系统的BMs,该模型系统在体外模拟了人类乳腺小叶最相关的表型特征,并通过原子力显微镜、增强分辨率共焦显微镜和扫描电子显微镜对其进行了表征。通过进行原子力显微镜高度扫描实验,我们获得了力-松弛曲线,为我们所知的分离乳腺BM提供了第一个生物力学数据。基于增强分辨率共焦显微镜和扫描电子显微镜成像数据,我们将该系统建模为浸没在液体中的聚合物网络,并将其描述为多孔弹性材料。根据我们的知识,与实验力释放曲线相匹配的有限元模拟允许首次量化膜的体积模量和剪切模量及其透水性。这些结果为深入理解张力稳态调节乳腺活动的机制以及在膜破裂和转移侵袭过程中的破坏迈出了第一步。

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图1
图1
()高成熟BMs的分离程序。从EHS基质中分离MCF10A微球,并将其转移到聚赖氨酸处理的培养皿上,然后剥离膜,用弯曲的微柱将微球分开。()CellTracker细胞质染色显示为青色。(b条)IV型胶原染色显示为绿色。(c(c))分离BM碎片和(d日)相应的IV型胶原染色。AFM成像仅使用部分平坦且表面未折叠的膜。(e(电子))超纯水中低成熟孤立BM的相控光学显微镜图像。以接触模式记录的重叠AFM地形图像以棕色显示。
图2
图2
()在超纯水和(b条)脱水后在空气中对同一部分进行成像。黑色背景是玻璃盖玻片。(c(c))水合物和(d日)脱水BM。(e(电子))脱水后低成熟膜的平均BM厚度降低((f))低成熟和高成熟MCF10A腺泡间BM厚度随年龄增加。这些分布表示用于拟合单个AFM图像高度直方图的高斯分布的半最大平均宽度和全宽度。水平虚线表示分布中心的平均值。
图3
图3
免疫细胞化学染色()IV型胶原蛋白(b条)层粘连蛋白-3A32(c(c))珍珠糖,以及(d日)间质胶原(I型、II型和III型)。(e(电子))层粘连蛋白3A32和珍珠糖信号的染色(b条c(c)). ((f))的合并图像()–(d日). 放大()胶原蛋白IV环和(小时)层粘连蛋白3A32结构,很明显它们是如何形成两个不同特征孔径的相互交织的网状结构的。()合并的信号( +小时). 比例尺,5μ米((f)), 1μ米().
图4
图4
()胶原蛋白IV网络的Airyscan荧光图像(b条)灯丝罩。(c(c))根据掩模测定的低成熟和高成熟BM的纤维半径分布。(d日)四型胶原蛋白网络的Airyscan荧光图像(e(电子))毛孔会遮住。((f))相应的孔径分布。比例尺,5μ米。
图5
图5
()SEM显微照片显示了平躺在基底上的低成熟(第8天)分离BM的概况。尽管由于样品制备,BM中存在许多断裂(b条)可以识别出构成BM主干的一系列规则的环状纤维束,而(c(c))显示了组成BM网格的更精细的蛋白质结构的放大。
图6
图6
()典型的试验力-诱导曲线。在每次试验运行中,压头从初始位置(A)移动到与膜表面接触点(B,δ = 0μm) 直到接近力设定值F类(C) ●●●●。然后,AFM悬臂底座保持在固定位置,同时尖端适度下沉到样品中,因为在10–15 s的时间段内,力降低到稳定值(D)。压头缩回后,力达到与压头和薄膜之间的最大粘附力相对应的最小值(E)。(b条)有限元模拟的计算域示意图。(c(c))根据数值模拟计算的压痕力峰值(未显示压头)下薄膜变形结构的快照。所示区域对应于膜的四分之一。色码表示溶剂压力场第页箭头表示水通量矢量(最大值:4.5×10−2摩尔/米2s、 对数刻度)。(d日)力松弛曲线:实验结果与实验结果的比较()和数字(线)压头半径不同值下膜BM2的结果: 3.5 μ米(蓝色), 0.5μ米(红色)、和力设定点F类:1 nN(实线),0.5牛顿(虚线). 点和阴影区域分别对应于从实验数据计算的压痕力的空间平均值(即某一BM的所有测量位置的平均值)和SD。

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