Магнітні наноструктури в пухлинних клітинах (Застосування методів скануючої зондової мікроскопії для дослідження структурної організації магніточутливої фази в пухлинних клітинах карциноми Ерліха)

За допомогою скануючої зондової мікроскопії проведено декілька досліджень. Вивчено структурну організацію кластерів магнітних наночастинок у клітинах асцитної карциноми Ерліха за різних умов її культивування. На основі даних, отриманих у магніто-силовому режимі сканування, і запропонованих математич...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:	Вісник НАН України
Datum:	2011
Hauptverfasser:	Чехун, В., Горобець, С., Горобець, О., Дем’яненко, І.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2011
Schlagworte:	Статті та огляди
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/31284
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Магнітні наноструктури в пухлинних клітинах (Застосування методів скануючої зондової мікроскопії для дослідження структурної організації магніточутливої фази в пухлинних клітинах карциноми Ерліха) / В. Чехун, С. Горобець, О. Горобець, І. Дем’яненко // Вісн. НАН України. — 2011. — № 11. — С. 13-20. — Бібліогр.: 26 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-31284
record_format	dspace
spelling	Чехун, В. Горобець, С. Горобець, О. Дем’яненко, І. 2012-03-02T15:46:58Z 2012-03-02T15:46:58Z 2011 Магнітні наноструктури в пухлинних клітинах (Застосування методів скануючої зондової мікроскопії для дослідження структурної організації магніточутливої фази в пухлинних клітинах карциноми Ерліха) / В. Чехун, С. Горобець, О. Горобець, І. Дем’яненко // Вісн. НАН України. — 2011. — № 11. — С. 13-20. — Бібліогр.: 26 назв. — укр. 0372-6436 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/31284 За допомогою скануючої зондової мікроскопії проведено декілька досліджень. Вивчено структурну організацію кластерів магнітних наночастинок у клітинах асцитної карциноми Ерліха за різних умов її культивування. На основі даних, отриманих у магніто-силовому режимі сканування, і запропонованих математичних моделей визначено місце локалізації магнітної фази поблизу поверхні клітини, оцінено характерні розміри кластерів магнітних на ночастинок. За результатами роботи можна зробити висновок, що скануючу зондову мікроскопію доцільно використовувати для детекції структурної організації магнітної фази в клітинах організму. A few researches are held due to scanning probe microscopes. The structural organization of magnetic nanoparticles clusters in Erlikh ascites carcinoma cells in different cultivating conditions is studied. The magnetic phase localization near the cell surface is detected on the base of data got in magnetic and power scanning regime as well as with the proposed mathematics models. The specific sizes of magnetic nanoparticles clusters are evaluated. The paper pushes the idea of using scanning probe microscopes for detection of magnetic phase structural organization in cells. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Вісник НАН України Статті та огляди Магнітні наноструктури в пухлинних клітинах (Застосування методів скануючої зондової мікроскопії для дослідження структурної організації магніточутливої фази в пухлинних клітинах карциноми Ерліха) Magnetic nanostructures in neoplasm cells (The usage of scanning probe microscopes methods for magnet-sensitive phase structural organization in Erlikh carcinoma neoplasm cells research) Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Магнітні наноструктури в пухлинних клітинах (Застосування методів скануючої зондової мікроскопії для дослідження структурної організації магніточутливої фази в пухлинних клітинах карциноми Ерліха)
spellingShingle	Магнітні наноструктури в пухлинних клітинах (Застосування методів скануючої зондової мікроскопії для дослідження структурної організації магніточутливої фази в пухлинних клітинах карциноми Ерліха) Чехун, В. Горобець, С. Горобець, О. Дем’яненко, І. Статті та огляди
title_short	Магнітні наноструктури в пухлинних клітинах (Застосування методів скануючої зондової мікроскопії для дослідження структурної організації магніточутливої фази в пухлинних клітинах карциноми Ерліха)
title_full	Магнітні наноструктури в пухлинних клітинах (Застосування методів скануючої зондової мікроскопії для дослідження структурної організації магніточутливої фази в пухлинних клітинах карциноми Ерліха)
title_fullStr	Магнітні наноструктури в пухлинних клітинах (Застосування методів скануючої зондової мікроскопії для дослідження структурної організації магніточутливої фази в пухлинних клітинах карциноми Ерліха)
title_full_unstemmed	Магнітні наноструктури в пухлинних клітинах (Застосування методів скануючої зондової мікроскопії для дослідження структурної організації магніточутливої фази в пухлинних клітинах карциноми Ерліха)
title_sort	магнітні наноструктури в пухлинних клітинах (застосування методів скануючої зондової мікроскопії для дослідження структурної організації магніточутливої фази в пухлинних клітинах карциноми ерліха)
author	Чехун, В. Горобець, С. Горобець, О. Дем’яненко, І.
author_facet	Чехун, В. Горобець, С. Горобець, О. Дем’яненко, І.
topic	Статті та огляди
topic_facet	Статті та огляди
publishDate	2011
language	Ukrainian
container_title	Вісник НАН України
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
format	Article
title_alt	Magnetic nanostructures in neoplasm cells (The usage of scanning probe microscopes methods for magnet-sensitive phase structural organization in Erlikh carcinoma neoplasm cells research)
description	За допомогою скануючої зондової мікроскопії проведено декілька досліджень. Вивчено структурну організацію кластерів магнітних наночастинок у клітинах асцитної карциноми Ерліха за різних умов її культивування. На основі даних, отриманих у магніто-силовому режимі сканування, і запропонованих математичних моделей визначено місце локалізації магнітної фази поблизу поверхні клітини, оцінено характерні розміри кластерів магнітних на ночастинок. За результатами роботи можна зробити висновок, що скануючу зондову мікроскопію доцільно використовувати для детекції структурної організації магнітної фази в клітинах організму. A few researches are held due to scanning probe microscopes. The structural organization of magnetic nanoparticles clusters in Erlikh ascites carcinoma cells in different cultivating conditions is studied. The magnetic phase localization near the cell surface is detected on the base of data got in magnetic and power scanning regime as well as with the proposed mathematics models. The specific sizes of magnetic nanoparticles clusters are evaluated. The paper pushes the idea of using scanning probe microscopes for detection of magnetic phase structural organization in cells.
issn	0372-6436
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/31284
citation_txt	Магнітні наноструктури в пухлинних клітинах (Застосування методів скануючої зондової мікроскопії для дослідження структурної організації магніточутливої фази в пухлинних клітинах карциноми Ерліха) / В. Чехун, С. Горобець, О. Горобець, І. Дем’яненко // Вісн. НАН України. — 2011. — № 11. — С. 13-20. — Бібліогр.: 26 назв. — укр.
work_keys_str_mv	AT čehunv magnítnínanostrukturivpuhlinnihklítinahzastosuvannâmetodívskanuûčoízondovoímíkroskopíídlâdoslídžennâstrukturnoíorganízacíímagnítočutlivoífazivpuhlinnihklítinahkarcinomierlíha AT gorobecʹs magnítnínanostrukturivpuhlinnihklítinahzastosuvannâmetodívskanuûčoízondovoímíkroskopíídlâdoslídžennâstrukturnoíorganízacíímagnítočutlivoífazivpuhlinnihklítinahkarcinomierlíha AT gorobecʹo magnítnínanostrukturivpuhlinnihklítinahzastosuvannâmetodívskanuûčoízondovoímíkroskopíídlâdoslídžennâstrukturnoíorganízacíímagnítočutlivoífazivpuhlinnihklítinahkarcinomierlíha AT demânenkoí magnítnínanostrukturivpuhlinnihklítinahzastosuvannâmetodívskanuûčoízondovoímíkroskopíídlâdoslídžennâstrukturnoíorganízacíímagnítočutlivoífazivpuhlinnihklítinahkarcinomierlíha AT čehunv magneticnanostructuresinneoplasmcellstheusageofscanningprobemicroscopesmethodsformagnetsensitivephasestructuralorganizationinerlikhcarcinomaneoplasmcellsresearch AT gorobecʹs magneticnanostructuresinneoplasmcellstheusageofscanningprobemicroscopesmethodsformagnetsensitivephasestructuralorganizationinerlikhcarcinomaneoplasmcellsresearch AT gorobecʹo magneticnanostructuresinneoplasmcellstheusageofscanningprobemicroscopesmethodsformagnetsensitivephasestructuralorganizationinerlikhcarcinomaneoplasmcellsresearch AT demânenkoí magneticnanostructuresinneoplasmcellstheusageofscanningprobemicroscopesmethodsformagnetsensitivephasestructuralorganizationinerlikhcarcinomaneoplasmcellsresearch
first_indexed	2025-11-24T03:18:10Z
last_indexed	2025-11-24T03:18:10Z
_version_	1850840624917381120
fulltext	ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2011, № 11 13 Статті та огляди В. Чехун, С. Горобець, О. Горобець, І. Дем’яненко МАГНІТНІ НАНОСТРУКТУРИ В ПУХЛИННИХ КЛІТИНАХ Застосування методів скануючої зондової мікроскопії для дослідження структурної організації магніточутливої фази в пухлинних клітинах карциноми Ерліха Для розв’язання однієї з найгостріших проблем сучасної медицини — діагности- ки і лікування захворювань, у т.ч. онкологічних, широко застосовують магніто- керовані нанокомпозити — носії ліків. Як правило, це магнітна наночастинка, укрита біосумісним полімером і зв’язаною з ним специфічною речовиною біоме- дичного призначення. Такі нанокомпозити приваблюють можливістю цілеспря- мованої доставки препаратів до органа-мішені за допомогою зовнішніх неодно- рідних магнітних полів. Проте їх використання породило кілька питань, серед яких вплив на організм, безпечність діапазонів магнітних полів у діагностичній медичній техніці (ядерно-магнітний резонанс, томографи тощо), поширення в організмі й біодеструкція по завершенні діагностики або лікування. © ЧЕХУН Василь Федорович. Академік НАН України. Директор Інституту експериментальної патології, онкології і радіобіології ім. Р.Є. Кавецького НАН України. ГОРОБЕЦЬ Світлана Василівна. Доктор технічних наук, професор. Завідувач кафедри біоінформатики факультету біотехнології і біотехніки Національного технічного університету України «Київський по- літехнічний інститут». ГОРОБЕЦЬ Оксана Юріївна. Доктор фізико-математичних наук. Професор кафедри біоінформатики факультету біотехнології і біотехніки цієї установи. ДЕМ’ЯНЕНКО Ірина Володимирівна. Аспірант кафедри біоінформатики факультету біотехнології і біотехніки цієї установи. 2011. З азначені проблеми мають два аспекти. Перший пов’язаний із застосуванням штучних магнітокерованих нанокомпози- тів (т.зв. магнітних нанокомпозитів екзо- генного походження), другий стосується їхньої взаємодії з організмом. Він фунда- ментальніший, оскільки понад три десяти- річчя тому відкрито магніточутливі струк- тури, які синтезує сам організм, — магніто- чутливі структури ендогенного походжен- ня. Уперше їх знайшли в бактеріях, а пізніше у викопних залишках істот, датова- них від прекембрійської ери [1], молюсках [2], членистоногих [3], рибах [4], тваринах [1–4], тканинах мозку [5–8], ін. органах людини [9]. Біогенний магнетит виявлено у тканинах і органах акул, дельфінів, бага- тьох перелітних птахів, равликів, шершнів, 14 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2011, № 11 бджіл та ін. [1–9]. Тому питання співісну- вання екзо- й ендогенних магнітних нано- композитів з організмом і впливу на них магнітних полів комплексні. З них регуляр- но проводять міжнародні конференції, наприклад, Drug Delivery and Formulati- on America (США), Drug Delivery Devices (Да нія). Але, незважаючи на інтенсивне дослідження, функцій ендогенних магніто- чутливих структур до кінця не з’ясовано, хоч існують дані про їхній зв’язок із захво- рюваннями, наприклад, хворобою Альцгей- мера і деякими пухлинними утвореннями. Основні методи детекції: кріогенні МРТ сканери, SQUID, флуоресцентні мітки, які можливо використати in vivo, але їхня роз- дільна здатність обмежена (долі мілімет- ра). Натомість зі скануючим зондовим мі- кроскопом (СЗМ) легко виявити структур- ну організацію магніточутливої фази навіть на нанорівні. А структурні характеристи- ки і фазові переходи в ансамблях магнітних мікро- і наночастинок мають окреме науко- ве значення. З фундаментальної точки зору такі системи цікаві тим, що взаємодія маг- нітних моментів частинок здатна привести до просторової самоорганізації, яка прояв- ляється в поєднанні в кластери з наступним формуванням просторових суперструктур у вигляді ланцюгів, смуг, гексагональних ґра- ток і т.д. [10–20]. Особливу увагу приверта- ють структурні фазові перетворення в ан- самблях частинок під впливом зовнішнього магнітного поля, зокрема перехід від розта- шування в одному суперкластері до смуго- вої кластерної форми, а потім до гексаго- нальної ґратки кластерів [15–20]. Отже, детекція структурної організації магніточутливих нанокомпозитів екзо- й ендогенного походження в клітині дуже ак- туальна в технічному плані. МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИ О б’єктом дослідження були клітини ас- цитної карциноми Ерліха, культивова- ні в культуральному середовищі RPMI (Sigma, Німеччина) з додаванням 10% емб- ріональної телячої сироватки (Сангва, Україна) за температури 37°С і насичення повітря 5% СО2. Клітини першого зразка експонували в магнітному полі (індукція 160 мТл) протягом 15 хв. Для другого ін- дукція становила 160 мТл, тривалість — го- дину. Третій культивували зі стабілізовани- ми біологічно активними сурфактантами, полімерами, наночастинками магнетиту [21], експонували в магнітному полі (ін- дукція 160 мТл) протягом години. Контр- ольна культура не зазнавала таких дій. Методами атомно-силової (АСМ) і маг- нітної силової мікроскопії (МСМ) вивчали локалізацію магніточутливої (далі магніт- ної) фази ендо- й екзогенного походжен- ня поблизу поверхні клітин за допомогою СЗМ SOLVER PRO-M. У ньому викорис- товують двопрохідне напівконтактне до- слідження зразка. Під час першого прохо- ду магнітного зонда над поверхнею зразка (АСМ режим) отримують АСМ зображення її рельєфу. Його запам’ятовують, і на друго- му проході (МСМ режим) вимірюють зсув фази коливань кантилевера, що характери- зує силу магніто-дипольної взаємодії робо- чої зони зонда з магнітною фазою зразка з постійною відстанню між зондом і поверх- нею. Магнітна фаза являє, зокрема, магні- товпорядковані наночастинки й/або їхні кластери. Унаслідок обмеженої роздільної здатності скануючого зондового мікроско- па в МСМ режимі неможливо відрізнити окрему наночастинку від кластера декіль- кох частинок з розмірами порядку 100 нм. Річ у тім, що характерний розмір магніт- ного відгуку в МСМ режимі, який відріз- няється від фонового значення, становить близько 100 нм, що пов’язано з розміром робочої зони зонда (80 нм). Тому далі буде- мо називати кластером магнітних наночас- тинок відокремлену локалізовану магніто- чутливу область на МСМ зображенні зраз- ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2011, № 11 15 ка з розмірами близько 100 нм, як показано на рис. 2с. При цьому кластер може склада- тися з одної, двох і більше частинок. РЕЗУЛЬТАТИ Т ипові СЗМ зображення контрольних і підданих зовнішнім впливам клітин представлено на рис. 1–4. Аналіз МСМ зо- браження контрольних клітин асцитної карциноми Ерліха засвідчив, що магнітної фази поблизу поверхні практично немає (рис. 1). Натомість у клітинах, на котрі магніт- не поле впливало протягом 15 хв і години, з’являються кластери ендогенних наночас- тинок (рис. 2b, 3b). Як видно з МСМ зображень (рис. 2b), кластери розташовані хаотично по пери- метру, як правило, у вигляді коротких (2–5 частинок) і довгих (10–20) ланцюгів. У клі- тинах асцитної карциноми Ерліха кластери мають вигляд довгих ланцюгів, які охоплю- ють майже весь периметр МСМ зображен- ня (рис. 3b). У клітинах, які культивували з наночас- тинками магнетиту й експонували в магніт- ному полі протягом години (рис. 4b), клас- тери магнітних наночастинок локалізовані здебільшого як смугоподібні області — су- купність малих ланцюгів по 2–5 кластерів і основної частини, яка складається з одиноч- них кластерів. Розташування кластерів магнітних нано- частинок ендогенного походження у вигля- ді ланцюгів типове [13–17]. На рис. 2 наведено АСМ і МСМ зобра- ження клітин, культивованих у магнітному полі 160 мТл протягом 15 хв без додавання екзогенних магнітних наночастинок. Щоб вияснити розташування кластерів, їхні характерні розміри, магнітний момент, розглянемо детальніше сканування поверх- ні клітини в МСМ режимі (рис. 5). Згідно з офіційним сайтом виробників скануючого зондового мікроскопа SOLVER PRO-M (http://www.ntmdt.ru/), дFz/дz по- хідна по координаті z від z-компоненти сили взаємодії магнітного зонда з клас- тером магнітних наночастинок дFz/дz по- в’язана зі зсувом фази коливань кантиле- вера Δφ. Його визначають безпосередньо в МСМ режимі і вимірюють у градусах за формулою: Δφ = CQ , дFz дz (1) Рис. 1. Контрольні клітини карциноми Ерліха: а) АСМ зображення, b) МСМ зображення де С = 10–2 см/дін = 10 м/Н — коефіцієнт жорсткості кантилевера; Q = 200 — доброт- ність кантилевера. Якщо МСМ скануван- ня провести за двох різних значень z (h = h1, h = h2), зображення покажуть, у скільки разів зменшується Δφ, коли збільшити від- стань від зонда до поверхні сканування. Це співвідношення позначимо γ. 16 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2011, № 11 Для знаходження сили взаємодії робочої зони магнітного зонда з кластером за допомо- гою моделі дипольного магнітного поля вимі- рюють відстань z між їхніми центрами (рис. 5): z = γ1/5(h1 + r0) — (h2 + r0) +h1,2 + r0. (2) 1 — γ1/5 Рис. 2. Клітини карциноми Ерліха, культивовані в магнітному полі 160 мТл протягом 15 хв без додаван- ня екзогенних магнітних наночастинок: а) АСМ зо- браження, b) МСМ зображення, с) фрагмент, що міс- тить кластери ендогенних магнітних наночастинок, d) одиночний кластер Рис. 3. Клітини карциноми Ерліха, культивовані в магнітному полі 160 мТл протягом години без дода- вання екзогенних магнітних наночастинок: а) АСМ зображення, b) МСМ зображення, с) фрагмент з кластерами ендогенних магнітних наночастинок. 2rmax — відстань між центрами сусідніх кластерів Якщо припустити, що намагніченість насичення частинки Mz = M0, спрямовану вздовж осі OZ, і магнітний момент можна виразити через намагніченість матеріалу ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2011, № 11 17 мірів відстані між центрами сусідніх класте- рів у ланцюгу на МСМ зображенні. Значення радіуса кластера ендогенних магнітних наночастинок, отримані за фор- мулою (3) методом оцінення розмірів час- ток з припущенням, що це одна з найпоши- реніших сполук ендогенного заліза — маг- нетит, меггаміт (Fe2O3), грейгит (Fe2S4), на- ведено в табл. 2. як для зонда МСо, так і для кластера, то ха- рактерний радіус останнього буде: rm = Δφz5 . 24(4/3π)2r3 0M0MC0CQ 3 √ (3) Відстань z між центрами робочої зони зонда і кластерами магнітних наночасти- нок у клітині карциноми Ерліха встанов- лювали за допомогою моделі (2), де вхідни- ми даними стали величини Δφ, отримані в МСМ режимі сканування за двох різних параметрів z (h1 = 60 нм, h2 = 40 нм). Розра- хунок проводили на вибірці з 100 значень для третього зразка (клітини, культивовані в магнітному полі 160 мТл протягом годи- ни з додаванням екзогенних наночастинок магнетиту) і на вибірці з 8 точок для другого (культивовані в магнітному полі 160 мТл протягом години). Для оцінення радіусу кластерів скорис- талися геометричними вимірами відстані між центрами сусідніх кластерів у ланцюгу на МСМ зображенні за допомогою вбудо- ваних функцій програми Nova (стандарт- не комп’ютерне забезпечення скануючого зондового мікроскопа SOLVER PRO-M) і моделлю (3), де припускають, що магнітні наночастинки ендогенного походження — це одна з вельми поширених сполук ендо- генного заліза: магнетит, меггаміт, грейгит. При цьому відстань між центрами робо- чої зони зонда і кластерами розрахували за формулою (2) з застосуванням двох МСМ сканів поверхні. Табл. 1 представляє значення відстані між центрами робочої зони магнітного зонда і кластерами наночастинок, отримані через подвійне МСМ сканування за формулою (2), а також розміри кластерів, обраховані, по-перше, за формулою (3) з припущенням, що вони являють собою магнетит (Fe3O4), а по-друге, методом прямих геометричних ви- Рис. 4. Клітини карциноми Ерліха, культивовані в магнітному полі 160 мТл протягом години з додаван- ням екзогенних наночастинок магнетиту: а) АСМ зо- браження, b) МСМ зображення, с) фрагмент, що міс- тить кластери ендогенних магнітних наночастинок 18 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2011, № 11 ний колоїдний розчин магнітних наночасти- нок дуже нестабільний, а останні схильні до утворення агломератів, тому їх здебільшого зберігають у розчині поверхнево-активних речовин (ПАР), а контакт колоїдної систе- ми з клітинами порушує її рівновагу, при- водячи до формування агломератів. Тотож- ний діапазон (~200–300 нм) можна діста- ти за всіма методами оцінення розмірів маг- нітних наночасток екзогенного походження (табл. 1) з урахуванням похибки кожного. Тому запропоновані моделі розрахунку адекватні, достовірні, дають правильний порядок характерних розмірів. Точність за- лежить від скануючого зондового мікро- скопа. Під час повторного МСМ скануван- ня відбувається дрейф зонду, це збільшує похибку, тож потрібна значна кількість да- них. Також похибка трапляється, оскіль- ки модель дипольного магнітного поля не враховує магнітних полів, створених су- Рис. 5. Схематичне зображення сканування в МСМ режимі, якщо магнітна частинка розташована під поверхнею мембрани, де z — дистанція між центра- ми магнітної наночастинки і робочої області магніт- ного зонда, Δ — відстань від центру магнітної на- ночастинки до поверхні біомембрани, h — проміж- ок між зондом і поверхнею біомембрани, r0 — радіус робочої зони зонда, rm — радіус магнітної наночас- тинки, →m0 — магнітний момент зонда, →r — вектор з центру робочої зони зонда до центру магнітної на- ночастинки Таблиця 1. Відстані між центрами робочої зони магнітного зонда і кластерами магнітних наночастинок, характерні розміри кластерів Відстань між центрами робочої зони магнітного зонда і кластерами магнітних наночастинок за методом подвійного МСМ сканування (2), h = 60 нм Розміри кластерів rm за формулою (3) з припущенням, що вони являють магнетит (Fe3O4), з величиною z за методом подвійного МСМ сканування Геометричне оцінення розмірів кластерів rmax (рис. 3с, 4с) 2 зразок 3 зразок 2 зразок 3 зразок 2 зразок 3 зразок z, нм z, нм rm, нм rm, нм rmax, нм rmax, нм 280±70 410±150 370±150 600±400 600±100 210±100 Таблиця 2. Оцінення розмірів кластерів магнітних наночастинок другого зразка rm за формулою (3) з допущенням, що вони становлять магнетит, меггаміт, грейгит з величиною z, визначеною подвійним МСМ скануванням за формулою (2) Магнетит Меггаміт Грейгит rm, нм rm, нм rm, нм 370±150 400±170 420±200 Подвійне МСМ сканування допоможе знайти відстань між центрами робочої зони зонда і кластерами z. Отже, підставляючи z у формулу (3), отримуємо оцінку харак- терного радіуса кластера магнітних нано- частинок rm, який сягає сотень нанометрів. Екзогенні кластери великі, оскільки вод- ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2011, № 11 19 сідніми кластерами, розташованими в лан- цюгу. У результаті отримано відомості про відстані між центрами робочої зони зонда і кластерами, а також про характерні роз- міри кластерів. Припустили, що кластери другого зразка (ендогенні магнітні нано- частинки) мають радіус 200–700 нм залеж- но від намагніченості насичення частинок. Вони вкриті немагнітною оболонкою [7– 11] і тому великі. Різницю між магнітним відгуком ендо- й екзогенного походження добре видно на рис. 3с, 4с (з інтенсивності кольору), адже магнітний відгук Δφ значно відрізняється в екзогенних частинок, а для різних ендоген- них майже однаковий. Це відповідає літе- ратурним даним, бо форма і розміри остан- ніх регулюються на генетичному рівні [26]. А перші, як правило, широко розкидані за розмірами і магнітними властивостями в силу особливостей виготовлення. Під час культивування пухлинних клі- тин у магнітному полі, окрім одиночних кластерних смуг по контуру клітини, спо- стерігають самоорганізацію до низки пара- лельних смуг на поверхні біомембрани, за що відповідає магніто-дипольна взаємодія [10–20]. Такий перехід досить добре видно на МСМ зображеннях (рис. 3b, 4b). ВИСНОВКИ Методами АСМ і МСМ виявлено магніт- ну фазу ендо- й екзогенного походжен- ня в культурі клітин асцитної карциноми Ерліха у вигляді кластерів магнітних нано- частинок. Оцінено їхні розміри, визначено організацію в складних просторових супер- структурах, зафіксовано структурну транс- формацію в разі зміни часу культивування в магнітному полі — від одиночних кластерів до ланцюгів і багатосмугових систем. Тому детекція структурної організації магнітної фази в клітинах за допомогою СЗМ сприя- тиме розв’язанню супутніх проблем: 1) вплив магнітокерованих нанокомпозитів на орга- нізм; 2) перегляд безпечних діапазонів маг- нітних полів у діагностичній медичній тех- ніці (ядерно-маг нітний резонанс, томогра- фи тощо); 3) поширення в організмі і біоде- струкція маг нітокерованих нанокомпозитів після діагностики або лікування. 1. Mann S., Sparks N.H.C., Walker M.M., Kirschvink J.L. // J. Exp. Biol. — 1988. — 140. — P. 35–49. 2. Kirschvink J.L., Jones D.S., MacFadden B.J. (eds). Magnetite Biomineralization and Magnetorecep- tion in Organisms: A New Biomagnetism. — New York, London: Plenum, 1985. 3. Heywood D.R., Bazylinski D.A., Garrattreed A., Mann S., Frankel R.B. // Naturwissenschaften. — 1990. — 77. — P. 536–538. 4. Faber C. Living Lodestones: Magnetotactic bacteria, Strange Horizons / Cat Faber // www.strangehori- zones.com/2001/20010702/living_lodestone.shtml. 5. Chang S.R., Kirschvink J.L. // Annu. Rev. Earth Plan- et. Sci. — 1989. — 17. — P. 169–195. 6. Kirschvink J.L., Kobayashi-Kirschvink A., Woodford B.J. Magnetite biomineralization in the human brain // Proc. Natl Acad. Sci. USA. — 1992. — 89. — P. 7683– 7687. 7. Dobson J.P., Fuller M., Moser S., Wieser H.G., Dunn J.R., Zoeger J. Vocation of epileptiform activity by weak D.C. magnetic fields and iron biomineralization in the human brain // Biomagnetism: Fundamental Research and Applications / Eds. C. Baumgartner, L. Deecke, G. Stroink, S.J. Williamson. — Amster- dam: Elsevier, 1995. — P. 16–19. 8. Dobson J.P., Grassi P. Magnetic Properties of Human Hippocampal Tissue — Evaluation of Artefact and Contamination Sources // Brain Res. Bull. — 1996. — V. 39. — P. 255–259. 9. Schultheiss-Grassi P.P., Heller F., Dobson J. Analysis of magnetic material in the human heart, spleen and liver // BioMetals. — 1997. — 10. — P. 351–355. 10. Blum Ye.Ya., Mayorov M.M., Tsebers A.O. Magnetic liquids. — Riga: Zinatne, 1989. 11. Neto C., Bonini M., Baglioni P. Self-assembly of mag- netic nanoparticles into complex superstructures: Spokes and spirals / Chiara Neto, Massimo Bonini, Piero Baglioni // Colloids and surfaces. A. Phy- sicochemical and engineering aspects. — 2005. — Vol. 269. — № 1–3. — Р. 96–100. 12. Cheng G., Romero D., Frase G.T., Hight Walker A.R. Magnetic-field-induced assemblies of cobalt nano- particles // Science and technology news. — 2005. 13. A Little Chemistry — Polymers and Nanostructured Materials II (Symposium). — 17 October 2006. 14. Patent 530344. Surface mediated self-assembly of nanoparticles // Michael E. Hogan, Joseph G. Uter- mohlen, Paul E. Diggins. 20 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2011, № 11 15. Nanotech Conference&Expo 2009. — May 3–7, 2009. — Houston, TX. 16. Gorobets S.V., Gorobets Yu.I., Melnichuk I.A. The influ- ence of magnetic field on the ordering the structure in two-dimensional system of magnetic particles // 40th Annual Conference Magn. and Magn. Materials. — Philadelphia, Pennsylvania. — 1995. 17. Горобец С.В., Мельничук И.А. Устойчивые упоря- доченные структуры магнитных частиц на по- верхности жидкости // Магнитная гидродинами- ка. — 1997. — Т. 33. — № 3. — С. 375–378. 18. Gorobets S.V., Melnichuk I.A. Odering of two-dimen- tional system of ferromagnetic particles in magnetic field // Journal of Magnetism and Magnetic Materi- als. — 1998. — V. 182. — P. 61–64. 19. Горобец С.В., Легенький Ю.А., Мельничук И.А. По- ведение коллектива частиц Ni на границе раздела жидкость–твердая поверхность при импульсном включении магнитного поля // Магнитная гидро- динамика. — 1998. — Т. 34. — № 4. — С. 345–352. 20. Gorobets S.V., Legenkii Yu.A., Melnichuk I.A. Break- up of Ni microparticle clusters in a magnetic field // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. — 2000. — V. 222. — P. 159–162. 21. Спосіб отримання стабілізованого розчину нано- частинок магнетиту для адресної доставки проти- пухлинних препаратів / В.Ф. Чехун, І.К. Хаєцький, Ю.А. Курапов, Г.Г. Дідікін, Б.О. Литвин, Б.Є. Патон. Пат. України на корисну модель № 47930. Заявл. 08.10.2009. Опубл. 25.02.2010 // Бюл. № 4. 22. Чехун В.Ф., Горобець С.В., Горобець О.Ю. Магнітов- порядковані сполуки ендогенного заліза і проблема впливу постійних магнітних полів на біосистеми // Биофизический вестник. — 2010. — № 2(25). — C.123–130. 23. Korneva G., Ye H., Gogotsi Yu., Halverson D. and et. Carbon nanotubes loaded with magnetic particles / Guzeliya Korneva, Haihui Ye, Yury Gogotsi, Derek Hal verson // Nano Letters. — 2005. — Vol. 5. — № 5. — P. 879–884. 24. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория поля. — Издание 8-е, стереотипное. — М.: Физматлит, 2006. — 534 с. 25. Григорьев И.С., Мейлихов Е.З. (ред.) Физические величины. Справочник. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с. 26. Murat D. et al. Comprehensive genetic dissection of the magnetosome gene island reveals the step-wise assembly of a prokaryotic organelle / Dorothée Mu- rat, Anna Quinlan, Hojatollah Vali, Arash Komeili // PNAS Early Edition. — 2010. — P. 1–6. В. Чехун, С. Горобець, О. Горобець, І. Дем’яненко МАГНІТНІ НАНОСТРУКТУРИ В ПУХЛИННИХ КЛІТИНАХ Застосування методів скануючої зондової мікроскопії для дослідження структурної організації магніточутливої фази в пухлинних клітинах карциноми Ерліха Р е з ю м е За допомогою скануючої зондової мікроскопії прове- дено декілька досліджень. Вивчено структурну органі- зацію кластерів магнітних наночастинок у клітинах асцитної карциноми Ерліха за різних умов її культиву- вання. На основі даних, отриманих у магніто-силовому режимі сканування, і запропонованих математичних моделей визначено місце локалізації магнітної фази поблизу поверхні клітини, оцінено характерні розміри кластерів магнітних на ночастинок. За результатами роботи можна зробити висновок, що скануючу зондову мікроскопію доцільно використовувати для детекції структурної організації магнітної фази в клітинах орга- нізму. Ключові слова: ендогенна магнітна фаза, екзогенні магнітні наночастинки, кластери магнітних наночас- тинок. V. Chekhun, S. Horobets, O. Horobets, I. Demyanenko MAGNETIC NANOSTRUCTURES IN NEOPLASM CELLS The usage of scanning probe microscopes methods for magnet-sensitive phase structural organization in Erlikh carcinoma neoplasm cells research A b s t r a c t A few researches are held due to scanning probe mi- croscopes. The structural organization of magnetic na- noparticles clusters in Erlikh ascites carcinoma cells in different cultivating conditions is studied. The magnetic phase localization near the cell surface is detected on the base of data got in magnetic and power scanning regime as well as with the proposed mathematics models. The specific sizes of magnetic nanoparticles clusters are eval- uated. The paper pushes the idea of using scanning probe microscopes for detection of magnetic phase structural organization in cells. Keywords: endogenous magnetic phase, exogenous mag- netic nanoparticles, magnetic nanoparticles clusters.

Institution

Ähnliche Einträge