[논문]미세아교세포의 진동 거동의 연구

박은영; 조영빈; 고웅현; 박진성; 신현정

doi:10.5407/jksv.2021.19.1.074

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[국내논문] 미세아교세포의 진동 거동의 연구
Oscillatory behavior of microglial cells 원문보기

한국가시화정보학회지= Journal of the Korean society of visualization, v.19 no.1, 2021년, pp.74 - 80

박은영 (Department of Mechanical Engineering, Korea Advanced Institute of Science and Technology) , 조영빈 (Department of Mechanical Engineering, Korea Advanced Institute of Science and Technology) , 고웅현 (Department of Mechanical Engineering, Korea Advanced Institute of Science and Technology) , 박진성 (Department of Mechanical Engineering, Korea Advanced Institute of Science and Technology) , 신현정 (Department of Mechanical Engineering, Korea Advanced Institute of Science and Technology)

Abstract ▼ AI-Helper

Cells regulate their shapes and motility by sensing the cues from the internal and external microenvironment. Under different circumstances, microglia, the brain resident immune cells, undergo dynamic phenotypic changes, one of which is a remarkable periodic oscillatory migration in vitro. However, very little is known about the kinematic and dynamic perspectives of this oscillatory behavior. In this study, we tracked the changes in cell morphology and nuclear displacement, and visualized the forces using traction force microscopy (TFM). By correlation analyses, we confirmed that the lamellipodia formation preceded the nuclear translocation. Moreover, traction, developed following lamellipodia formation, was found to be localized and fluctuated at two ends of the oscillating cells. Taken together, our results imply that oscillatory microglial cells feature a viscoelastic migration, which will contribute to the field of cell mechanics.

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표/그림 (6)

그림 Fig. 1. Schematic of the processes in cellular migration.
그림 Fig. 2. The characteristics of oscillating microglia in an aspect of morphological changes. (a) Sequential images of oscillating microglia. (Arrows: instantaneous direction of migration, dotted line: cell boundary, black and green dots: centroid of cell body and nucleus) (Scale bar: 20μm). (b) Kymograph about the space-time along to the oscillation axis (yellow line: m-n) to check the period and amplitude. Red dots are the represent peaks of kymograph. (Scale bars are 50μm and 50min, respectively). (c) The averaged values of amplitude and period for oscillating microglia (n=18).
그림 Fig. 3. The characteristics of traction for oscillating cells. (a) The schematic of measuring traction force based on a polyacrylamide gel embedded with fluorescent beads. (b) Phase contrast images and stress distribution of oscillating cells. (Scale bar: 20μm). Axial and lateral stresses are the traction vector components that are parallel and normal to the cell body axis. (c) Sinusoidal fluctuation of axialtraction over time and its abstract shape (red).
그림 Fig. 4. Temporal observation of changes in oscillating cell morphology and traction force. It was confirmed that there was a time difference between the formation of the lamellipodia and the development of the traction force of an oscillating cell. (Scale bar: 10μm)
그림 Fig. 5. Quantitative analysis of time lags between traction and position based on cross-correlation. (a) The schematic of cell nuclear position and end position. (b) The representative cross-correlation of the nuclear position relative to the cell ends position (red and blue). Black dashed line indicates the cross-correlation of positions between both ends. (c) The representative cross-correlation of the maximum traction relative to the cell ends position. In this Fig., the abbreviation np, ep, and tr indicate nuclear position, end position, and maximum traction, respectively. Red and blue lines indicate the cross-correlation relative to end1 and end2, respectively.
그림 Fig. 6. Mechanical model of oscillating microglia. The schematic of mechanical model comprising 2-masses, 2-springs, and 2-dampers. τ_tr,ep represents the time lag of traction development relative to the end position, and τ_np,ep represents the time lag of the nuclear position relative to the end position, respectively.

참고문헌 (6)

M. Vicente-Manzanares, D. J. Webb and A. R. Horwitz, 2005, "Cell migration at a glance", Journal of Cell Science, Vol.118(21), pp.4917-4919.

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L. Li, Y. He, M. Zhao and J. Jiang, 2013, "Collective cell migration: Implications for wound healing and cancer invasion", Burns Trauma, Vol.1(1), pp.21-26.

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H. Kettenmann, U. K. Hanisch, M. Noda and A. Verkhratsky, 2011, "Physiology of microglia", Physiol Rev, Vol.91(2), pp.461-553.

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N. P. B. Au and C. H. E. Ma, 2017, "Recent Advances in the Study of Bipolar/Rod-Shaped Microglia and their Roles in Neurodegeneration", Front Aging Neurosci, Vol.9, pp.128.

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X. Trepat, M. R. Wasserman, T. E. Angelini, E. Millet, D. A. Weitz, J. P. Butler and J. J. Fredberg, 2009, "Physical forces during collective cell migration", Nature Physics, Vol.5(6), pp.426-430.

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Y. Jamali, M. Azimi and M. R. Mofrad, 2010, "A sub-cellular viscoelastic model for cell population mechanics", PLoS One, Vol.5(8).

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