Rationale: The use of electron, nuclear power and confocal microscopy for the screening of biologically active compounds, medical products and express diagnostics of some diseases at the cell level is associated with laborand time-consuming sample preparation, which cannot exclude potential measurement errors and artifacts. The modulation interference microscopy does not have these disadvantages; it allows for non-invasive studies of cell structures, imaging with nanometer resolution and analysis of the optical properties of an object.
Aim: To assess the potential of the interference microscopy in the evaluation of morphofunctional characteristics of in vitro mitomycin conditioned cultured cell nuclei (dermal fibroblasts taken as a model).
Materials and methods: Native culture of human dermal fibroblasts of the 6th passage, grown on glass with mirror coating in the cell culture laboratory of the Institute of Experimental Medicine and Biotechnology of Samara State Medical University (Russia), was examined with a modulation interference microscope MIM-340 (JSC PA UOMZ, Russia). Changes over time in the structural characteristics of dermal fbroblast nuclei conditioned with mitomycin were evaluated. The control group included fibroblasts cultured in the same conditions on glass with mirror coating without mitomycin. Imaging with MIM-340 was done at three hours, one and four days after adding the cytostatic. The control group was assessed at the same time points.
Results: We have shown that the cell culture grown on dielectric glasses does not differ in its morphofunctional characteristics from the culture grown on culture plastics. This proves the possibility to study the adhesive native culture using interference microscopy. We have found that the cells respond to a single mitomycin 0.04% exposure with a change to a globular shape and a sharp increase in the nuclear phase thickness (217.8 vs. 142.18 nm in the control group, p ≤ 0.05). Thereafter, the morphofunctional characteristics of the cells are restored, which is confirmed by the changes over time in the culture density, cell shape and size, and the phase thickness of the nucleus.
Conclusion: The results obtained make it possible to recommend the method of modulation interference microscopy for evaluation of toxicity and biocompatibility of drugs, medical products and physical factors for diagnosis and treatment.
Актуальность. Применение методов электронной, атомно-силовой и конфокальной микроскопии для скрининга биологически активных соединений, изделий медицинского назначения и экспресс-диагностики ряда заболеваний на клеточном уровне связано с трудоемкой и длительной пробоподготовкой, которая не исключает возможность погрешностей измерений и возникновения артефактов. Этих недостатков лишен метод модуляционной интерференционной микроскопии, позволяющий осуществлять неинвазивные исследования клеточной структуры, получать изображение с нанометровым разрешением и проводить анализ оптических свойств объекта.
Цель – оценить возможность использования метода интерференционной микроскопии при изучении морфофункциональных характеристик ядер клеток в культуре на примере дермальных фибробластов при воздействии митомицином in vitro.
Материал и методы. Нативную культуру дермальных фибробластов человека 6-го пассажа, выращенную на стекле с зеркальным напылением в лаборатории культуры клеток Института экспериментальной медицины и биотехнологий ФГБОУ ВО СамГМУ Минздрава России, исследовали при помощи модуляционного интерференционного микроскопа МИМ-340 (АО «ПО «УОМЗ», Россия). Оценивали динамику структурных характеристик ядер дермальных фибробластов при воздействии митомицином в условиях in vitro. Контрольную группу составила культура фибробластов, культивированная в аналогичных условиях на стеклах с зеркальным покрытием без добавления митомицина. Исследования на МИМ-340 проводили через 3 часа, 1 сутки и 4 суток после воздействия цитостатиком. Контрольную группу исследовали в те же сроки.
Результаты. Показано, что культура клеток, выращенная на диэлектрических стеклах, по морфофункциональным характеристикам не отличается от культуры, выращенной на культуральном пластике. Тем самым доказана возможность изучения адгезивной культуры в нативном состоянии с использованием интерференционной микроскопии. Установлено, что на однократное воздействие митомицином 0,04% клетки отвечают изменением формы на шаровидную и резким увеличением фазовой толщины ядер (217,8 против 142,18 нм в контрольной группе, p ≤ 0,05). В последующие сроки происходит восстановление морфофункциональных характеристик клеток, что подтверждается динамикой изменений плотности культуры, формы и размеров клеток, а также фазовой толщины ядра.
Заключение. Полученные результаты позволяют рекомендовать метод модуляционной интерференционной микроскопии для изучения токсичности и биосовместимости лекарственных средств, а также изделий медицинского назначения и физических факторов, используемых для диагностики и лечения.