Effect of magnetic field and magnetic nanoparticleson choice of endothelial cell phenotype

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorGorobets, S. V.
dc.contributor.authorGorobets, O. Yu.
dc.contributor.authorRachek, K. O.
dc.contributor.authorRyazanova, A. M.
dc.date.accessioned2024-12-11T11:17:27Z
dc.date.available2024-12-11T11:17:27Z
dc.date.issued2024
dc.description.abstractПроблематика. Ендотеліальні клітини як учасники ангіогенезу вибирають свій фенотип як кінчикові клітини (провідні, мігруючі) або клітини стебла (наступні). Експериментально виявлено та теоретично змодельовано, що швидкі коливання конц ентрації кальцію всередині клітини відіграють ключову роль у контролі вибору фенотипу та можливої архітектури судин. Крім того, відо- мо, що внутрішньоклітинна концентрація кальцію в ендотеліальних клітинах регулюється механічним напруження зсуву мем- брани, спричиненим кровотоком, який контролює механочутливі канали іонів кальцію. Розроблено експериментальні методи ке- рування механочутливими іонними каналами в зовнішніх магнітних полях із застосуванням магнітних наночастинок, що вплива- ють на магнітні наночастинки, штучно прикріплені до клітинних мембран. Мета. Порушується ключове питання щодо можливості контрольованого вибору фенотипу ендотеліальних клітин у зовнішніх магнітних полях за рахунок наявності штучних або біогенних магнітних наночастинок, вбудованих у клітинну мембрану. Методика реалізації. Розраховано магнітне напруження зсуву мембрани внаслідок впливу зовнішнього магнітного поля на маг- нітні наночастинки, вбудовані в мембрану клітини, яке контролює механочутливі іонні канали кальцію. Здійснено числове моде- лювання коливань внутрішньоклітинної концентрації кальцію в ендотеліальних клітинах та визначення їхнього кінцевого фено- типу з урахуванням міжклітинної комунікації. Для числового моделювання використано мову програмування python та пакети scipy, py-pde, matplotlib мови програмування python. Результати. Розраховано діапазони індукції та частоти однорідного обертового магнітного поля, а також величину градієнта і частоту неоднорідного осцилюючого магнітного поля для управління амплітудою та частотою коливань внутрішньоклітинної концентрації кальцію в ендотеліальних клітинах, а також вибором їх фенотипу. Висновки. Вибір фенотипу ендотеліальними клітинами може бути керований в однорідному обертовому зовнішньому магнітному полі, а також в неоднорідному осцилюючому магнітному полі, що відкриває шлях до керування ангіогенезом і архітектурою судин.
dc.description.abstractotherBackground. Endothelial cells as participants in angiogenesis choose their phenotype as tip cells (leading, migratory) or stalk cells (following). It has been experimentally found and theoretically modeled that rapid oscillations in intracellular calcium concentration play a key role in controlling phenotype selection and possible vessel architecture. In addition, the intracellular calcium concentration in endothelial cells is known to be regulated by mechanical wall shear stress induced by blood flow, which controls mechanosensitive calcium ion channel gating. Experimental methods of controlling mechanosensitive ion channel gating in external magnetic fields with application of magnetic nanoparticles are developed that affect magnetic nanoparticles artificially attached to cell membranes. Objective. A key question is raised about the possibility of controlled selection of endothelial cell phenotype in external magnetic fields due to the presence of artificial or biogenic magnetic nanoparticles embedded in the cell membrane. Methods. The magnetic wall shear stress is calculated due to the influence of the external magnetic field on the magnetic nanoparticles embedded in the cell membrane, which controls the mechanosensitive calcium ion pathways. Numerical modeling of oscillations in intracellular calcium concentration in endothelial cells and determination of their final phenotype was carried out taking into account intercellular communication. The python programming language and scipy, py-pde, matplotlib packages of the python programming language were used for numerical modeling. Results. The magnetic field flux density and frequency ranges of a uniform rotating magnetic field, as well as the magnitude of the gradient and the frequency of a non-uniform oscillating magnetic field were calculated for controlling the amplitude and frequency of intracellular calcium concentration oscillations in endothelial cells, as well as the selection of their phenotype. It opens the perspective of controlling angiogenesis and vessel architecture. Conclusions. Phenotype selection by endothelial cells can be controlled in a uniform rotating external magnetic field, as well as in a non-homogeneous oscillating magnetic field. Keywords: gradient magnetic field; rotating magnetic field; endothelial cells; intracellular calcium concentration; phenotype selection; magnetic nanoparticles.
dc.format.pagerangePp. 29-49
dc.identifier.citationEffect of magnetic field and magnetic nanoparticleson choice of endothelial cell phenotype / S. V. Gorobets, O. Yu. Gorobets, K. O. Rachek, A. M. Ryazanova // Innovative Biosystems and Bioengineering : international scientific journal. – 2024. – Vol. 8, No. 3. – P. 29-49. – Bibliogr.: 61 ref.
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/ibb.2024.8.3.292667
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/71147
dc.language.isoen
dc.publisherIgor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute
dc.publisher.placeKyiv
dc.relation.ispartofInnovative Biosystems and Bioengineering: international scientific e-journal, Vol. 8, No. 3
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.titleEffect of magnetic field and magnetic nanoparticleson choice of endothelial cell phenotype
dc.typeArticle

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
29-49.pdf
Розмір:
2.78 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Innovative Biosystems and Bioengineering: international scientific e-journal, Vol. 8, No. 3