Evaluation of the effect of substrate modulus of elasticity on cancerous cell cultures

Abstract

Cell adhesion and spreading affect physiological functions, such as cell growth, differentiation and motility. These characteristics in turn are affected by the properties of the substrate such as roughness, stiffness and modulus of elasticity. The aim of this research is to understand the manner in which properties of the substrate, specifically the modulus of elasticity, can affect vinculin expression during cell adhesion of non-cancerous and cancerous cells. Vinculin expression of two breast adenocarcinoma cells lines (MCF-7 and MDA-MB-231) and on non-cancerous breast cell line (MCF-12A) cultured on three types of biomaterials (Polyethylene terephthalate, Polycarbonate and Glass) was studied using immunofluorescence labeling and analyzing the images obtained from confocal microscopy using ImageJ, a commercial software. A change in the expression of vinculin is expected to generate changes in the characteristics of both types of cells (non-cancerous and cancerous) such as altering their capacity of cell motility and altering the ability of cell adhesion. Results showed that vinculin expression for cancerous cells and non-cancerous cells were completely different. Overexpression of the protein in the MCF-7 and MDA-MB-231 cell lines prohibited the quantification of focal adhesions and promoted a different behavioral pattern during cell growth. For MCF-12A cells, focal adhesions points were quantified as well as the adhered area of each cell due to a localized expression of vinculin for this cell type. Results suggest that at longer periods of incubation non-cancerous cells were able to develop a larger number and bigger focal adhesion points in the substrates with higher modulus of elasticity.

La adherencia y la forma en la que las células se extienden en una superficie afecta las funciones fisiológicas, tales como el crecimiento celular, la diferenciación y motilidad de las mismas. Estas características son afectadas a su vez por las propiedades de los sustratos como lo son la rugosidad, la rigidez y el modulo de elasticidad. El propósito de esta investigación es entender como las propiedades de los sustratos, específicamente el modulo de elasticidad, puede afectar la expresión de vinculina durante la adhesión celular en dos líneas de células cancerosas (MCF-7 y MDA-MB-231) y una línea de células no cancerosas (MCF-12A). La expresión de vinculina de células cultivadas en tres tipos de biomateriales (Polietileno, Policarbonato y vidrio) fue estudiada utilizando la técnica de marcadores de inmunofluorescencia y analizando las imágenes tomadas utilizando el microscopio confocal con ImageJ. Se espera que un cambio en la expresión de vinculina genere cambios en las características de ambos tipos de células (cancerosas y no cancerosas) tales como alterar su capacidad de motilidad y modificar su capacidad de adhesión a la superficie. Los resultados demuestran que la expresión de vinculina para células cancerosas y no cancerosas fue completamente diferente. Las células cancerosas se caracterizaron por la sobreexpresión de la proteína la cual interfirió con la cuantificación de los puntos de adhesión focal y promovió un comportamiento diferente durante el crecimiento de las células. Al contrario, cuantificación de los puntos de adhesión focal y el área adherida de la célula fue posible debido a que las células expresaron la proteína de forma localizada en las células no cancerosas. Los resultados sugieren que para mayores tiempos de incubación las células no cancerosas son capaces de desarrollar un número mayor de puntos de adhesión y que a su vez el área de adhesión también aumenta para sustratos con módulos de elasticidad más altos.