Repository logo

Browsing by Author "Laidler, Piotr"

  • Thumbnail Image
    Item
    Characterization of cell surface structure and its relation to cytoskeleton elasticity in cancer cells
    (Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2016) Bobrowska, Justyna; Lekka, Małgorzata; Silberring, Jerzy; Lankosz, Marek; Laidler, Piotr
    The alterations observed in tumour cells include the number of processes introducing abnormalities in cellular morphology, structure and growth profiles. Despite continuous efforts, the molecular mechanism of the metastasis is still not understood completely. That is the reason why there is an urgent need for the search of new scientific approaches in the cancer progression investigations. The development of various biochemical and biological methods increases the chance to detect cancer, however, in past decades, single cell biomechanics has gained large significance since certain diseases are known to manifest in altered biomechanical properties. Stiffness of single cells is one of the major properties that changes during cancerous progression. Studies have demonstrated that biomechanics can bring both data describing mechanisms underlying cancer progression and tools for its detection and diagnosis at the single cell level. However, one of the emerging directions is to correlate cellular biomechanics with biochemical and biophysical properties of single cells.The main objective of the presented thesis is to study how single cell deformability is linked with cellular surface properties, and how these changes correlate with cancer progression. Thus, the elasticity of melanoma cells was measured by means of atomic force microscopy (AFM). Measurements were carried out for three groups of cells encompassing cells originating from primary tumour sites i.e. from radial and vertical growth phases (RGP and VGP, respectively), and those derived from skin and lung metastasis. The results were compared with properties of melanocytes (cells from which melanoma originates). The surface properties were determined using time of flight secondary ions mass spectrometry(ToF SIMS). The use of ToF SIMS has required to develop a dedicated sample preparation protocol enablingmeasurements of biological material in the high vacuum environment. The final results show the correlation between single cell deformability and surface biochemical properties of melanoma cells. They confirm the hypothesis that cancer progression causes alterations in the morphological and mechanical properties of cancerous cells and these differences are connected with changes in the cellular surface composition.
  • Thumbnail Image
    Item
    Elastic and rheological properties of human bladder cancer cells: from single cells to spheroids
    (Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2022) Gnanachandran, Kajangi; Lekka, Małgorzata; Podesta, Alessandro; Budkowski, Andrzej; Laidler, Piotr; Nowak, Wiesław
    Wiadomo, że mechaniczne i mikroreologiczne właściwości komórek, wraz z rearanżacjami w ich cytoszkielecie aktynowym, są związane z progresją nowotworu przez przejęcie ważnej roli w badaniach nad diagnostyką nowotworów. Hodowle komórek 3D mogą naśladować naturalne środowisko komórek i niektóre cechy guzów litych, będąc szeroko stosowanymi jako potencjalne modele in vitro do odkrywania nowych cech biologicznych komórek rakowych i odkrywania leków przeciwnowotworowych. W tym badaniu do utworzenia wielokomórkowych sferoidów wykorzystano trzy linie komórkowe z różnych stadiów raka pęcherza moczowego: HCV29 (rak niezłośliwy), HT1376 (rak III stopnia) i T24 (rak przejściowokomórkowy IV stopnia). Komórki te również charakteryzują się innym cytoszkieletem aktynowym. Ich właściwości mechaniczne i mikroreologiczne są badane za pomocą mikroskopii sił atomowych (AFM) w nanoskali oraz spektroskopii sił hydraulicznych (HFS), innowacyjnej techniki aspiracji mikropipetowej, w skali makro. Prace te skupiały się głównie na zrozumieniu, w jaki sposób zmieniają się właściwości lepkosprężyste komórek w hodowlach 2D, tj. pojedynczych komórkach, monowarstwach i sferoidach 3D. Nasze wyniki z AFM pokazują, że zarówno pod wpływem ściskania, jak i naprężenia ścinającego, komórki HCV29 są sztywniejsze niż komórki HT1376 i T24, co potwierdza, że komórki rakowe są bardziej odkształcalne niż komórki niezłośliwe, niezależnie od warunków hodowli. Następnie oceniono związane z wiekiem zmiany właściwości mechanicznych sferoidów, a wyniki porównano z analizą histologiczną przekrojów sferoid. Wyniki AFM wykazały, że wszystkie komórki stają się sztywniejsze z powodu efektu starzenia i reorganizacji ich cytoszkieletu. Zaobserwowano również, że sferoidy utworzone przez komórki HCV29 były jedynymi, które wytwarzały macierz zewnątrzkomórkową (ECM), co może wyjaśniać zmiękczenie tych sferoidów po wykryciu przez HFS. Dlatego zmiany w interakcjach komórka-komórka i komórka-ECM podczas starzenia mogą mieć duży wpływ na mechaniczne zachowanie komórek. Na koniec sprawdzono, czy właściwości mechaniczne uzyskane dzięki HFS można wykorzystać do badania wpływu docetakselu (DTX), leku przeciwnowotworowego, na trzy rodzaje sferoidów raka pęcherza moczowego. Wyniki pokazały, że trzy linie komórkowe zachowują się inaczej i że HFS może wykrywać zmiany mechaniczne wywołane przez lek, nawet w bardzo niskich stężeniach, przed pojawieniem się jakiegokolwiek markera biologicznego, co czyni HFS korzystną metodą oceny aktywności związków przeciwnowotworowych. Biorąc pod uwagę wszystkie wyniki tej pracy, dochodzimy do wniosku, że właściwości mechaniczne i reologiczne sferoidów raka pęcherza, określane za pomocą AFM i HFS, mogą służyć jako markery biofizyczne nie tylko w diagnostyce, ale także w leczeniu tego typu nowotworu.
  • Thumbnail Image
    Item
    The role of mechanical interactions in prostate cancer therapy and cell resistance to anti-cancer drugs
    (Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences, 2021) Kubiak, Andrzej; Lekka, Małgorzata; Laidler, Piotr; Gruszecki, Wiesław; Nowak, Wiesław; Nowakowski, Robert A.
    Choroby nowotworowe stanowią drugą najczęstsza przyczynę zgonów na świecie. Stąd też od wielu lat prowadzi się szeroko zakrojone badania mające na celu stworzenie skutecznych terapii przeciwnowotworowych. Badania te, często bardzo zaawansowane i oparte na rzetelnej wiedzy biologicznej, wciąż napotykają na szereg trudności. Dzieje się tak dlatego, iż komórki nowotoworowe charakteryzuje zdolność do wykształcania lekooporności. W praktyce oznacza to, że nawet bardzo mała grupa komórek, które przeżyją agresywną chemoterapię, może doprowadzić do odrodzenia się guza. Co więcej istnieje wtedy większe ryzyko, iż komórki potomne powstające w wyniku podziałów komórek lekoopornych, będą również bardziej oporne na zastosowaną chemoterapię. Badania na poziomie biologicznym i biochemicznym pozwoliły na zidentyfikowanie szeregu mechanizmów lekooporności. Wśród nich jest działanie transbłonowych pomp – stworzonych z kanałów białkowych. Pompy takie są w stanie wypompowywać leki z komórek, chroniąc je w ten sposób przed ich działaniem. Ta wiedza stała się podstawą to prób klinicznych celujących właśnie w transbłonowe pompy. Wyniki jednak, jak dotąd okazują się być rozczarowujące. Stąd też konieczne staje się znalezienie alternatwynych metod pozwalających na dokonanie trafnej oceny zarówno lekkoporności komórek rakowych jak i skuteczności działania samych leków. Mikroskopia sił atomowych jest techniką pozwalającą na badanie właściwości mechanicznych żywych komórek. W dotychczasowych badaniach pozwoliła no wykazanie, iż komórki rakowe są bardziej odkształcalne niż odpowiadające im komórki zdrowe. Celem niniejszej rozprawy doktorskiej było znalezienie odpowiedzi na pytanie, czy działanie chemioterapeutyków wpływa na własności mechaniczne komórek rakowych i czy takie zmiany można traktować jako markery lekooporności komórek raka prostaty. Z uwagi na fakt, że leki przeciwnowtworowe oddziałują na cytoskielet oraz jądra komórkowe – w niniejszej pracy rejestrowano mapy elastyczności komórek dla różnych obszarów na komórce i głębokości próbkowania. Pozwoliło to na wyznaczenie właściwości mechanicznych w obrębie jąder komórkowych oraz lamelipodiów. Przeprowadzenie tak zaawansowanych eksperymentów z zastosowaniem mikroskopii sił atomowych wymagało ich osobnej weryfikacji prowadzonej na wielokrotnie już mierzonym modelowym układzie komórek raka pęcherza moczowego. Dodatkowo badania te zostały uzupełnione eksperymentami opisującymi biologiczną odpowiedź komórek na działanie leków. Dzięki takiemu podejściu było możliwe zrozumienie znaczenia mechanicznej odpowiedzi komórek na określonym etapie biologicznego działania leku. W ostatnim etapie, wyniki uzyskane podczas standardowych eksperymentów uzupełniono o badania nad komórkami hodowanymi w warunkach imitujących środowisko guza tj. w przypadku braku składników odżywczych. Wyniki uzyskane w ramach tej pracy doktorskiej wykazują, iż komórki raka prostaty wykazują mechaniczną odpowiedź na działanie leków przeciwnowotworowych. Odpowiedź ta nie jest bezpośrednio związana z mechanizmem działania leków ale ze skutkami działania leków (w tym zdolnością do zabijania komórek rakowych). W przypadku trzech badanych leków, a mianowicie, docetakselu, winfluniny i kolchicyny, komórki sztywnieją w odpowiedzi na ich działanie. Warto zauważyć, że przeprowadzając te badania w funkcji czasu, można było wykazać zależne od czasu zmiany właściwości mechanicznych komórek oraz zidentyfikować, dla którego leku powodującego najmniejsze uszkodzenia w komórkach reakcja mechaniczna pojawia się najpóźniej. Istotny wzrost sztywności komórek zaobserwowano również w przypadku komórek głodzonych. Komórki te były również mniej podatne na działanie docetaxelu – leku przeciwnowtworowego stosowanego w terapii raka prostaty. Uzyskane wyniki potwierdzają zatem, że zmiany właściwości mechanicznych komórek pozwalają na ilościową ocenę działania leków przeciwnowotworowych.