Misurazione della extracellulare Ion Flussi Utilizzando il ionoselettivo autoreferenziale microelettrodo Tecnica

Guillaume Luxardi; Brian Reid; Fernando Ferreira; Pauline Maillard; Min Zhao

doi:10.3791/52782

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Articolo metodologico

Misurazione della extracellulare Ion Flussi Utilizzando il ionoselettivo autoreferenziale microelettrodo Tecnica

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DOI:

10.3791/52782

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3 maggio 2015

Guillaume Luxardi¹ , Brian Reid¹ , Fernando Ferreira¹^,² , Pauline Maillard³ , Min Zhao¹^,⁴

¹Department of Dermatology, Institute for Regenerative Cures, University of California, Davis, ²Departamento de Biologia, Centro de Biologia Molecular e Ambiental, Universidade do Minho, ³Department of Neurology and Center for Neuroscience, University of California, Davis Imaging of Dementia and Aging Laboratory, ⁴Department of Ophthalmology, Institute for Regenerative Cures, University of California, Davis

In questo articolo

Sommario

I trasportatori nelle membrane cellulari consentono la segregazione differenziale degli ioni attraverso le membrane cellulari o gli strati cellulari e svolgono un ruolo cruciale durante la fisiologia, la riparazione e la patologia dei tessuti. Descriviamo il microelettrodo autoreferenziale iono-selettivo che consente la misurazione di flussi ionici specifici in singole cellule e tessuti in vivo.

Abstract

Le cellule ottenute da animali, piante e cellule singole sono racchiusi da una barriera chiamato la membrana cellulare che separa il citoplasma dall'esterno. Strati cellulari come epiteli formano anche una barriera che separa l'interno dall'esterno o diversi compartimenti di organismi multicellulari. Una caratteristica fondamentale di queste barriere è la distribuzione differenziale di ioni attraverso le membrane cellulari o strati di cellule. Due proprietà consentono questa distribuzione: 1) membrane e epiteli mostrano permeabilità selettiva di ioni specifici; 2) gli ioni sono trasportati attraverso le pompe attraverso le membrane cellulari e strati di cellule. Queste proprietà giocano un ruolo cruciale nel mantenimento della fisiologia dei tessuti e fungono da segnalazione spunti dopo i danni, durante la riparazione, o in condizioni patologiche. L'auto-riferimento microelettrodo ionoselettivo consente misurazioni di flussi specifici di ioni come calcio, potassio o sodio a livelli cellulari e tissutali singoli. Il microelettrodo contiene un cocktail ionoforo che èselettivamente permeabile ad uno ione specifico. La soluzione di riempimento interna contiene una concentrazione insieme di ione di interesse. Il potenziale elettrico del microelettrodo è determinata dalla concentrazione fuori dello ione. Poiché la concentrazione di ioni varia, il potenziale del microelettrodo cambia in funzione del log della attività ionica. Quando spostato avanti e indietro vicino a una fonte o affondare dello ione (cioè in un gradiente di concentrazione dovuto al flusso di ioni) il potenziale microelettrodo oscilla ad una ampiezza proporzionale al flusso di ioni / gradiente. L'amplificatore amplifica il segnale microelettrodo e la produzione è registrata sul computer. Il flusso di ioni può essere calcolata dalla legge di Fick della diffusione usando le fluttuazioni potenziale dell'elettrodo, l'escursione di microelettrodo, e altri parametri quali la mobilità ionica specifico. In questo articolo, si descrive nel dettaglio la metodologia per misurare flussi ionici extracellulari con il autoreferenziale microelettrodi uno ione-selettivod presentare alcuni risultati rappresentativi.

Introduzione

Tutte le cellule animali sono circondate da una membrana a doppio strato lipidico che separa il citoplasma dall'ambiente esterno. La cella mantiene un potenziale di membrana elettrico, negativa all'interno, dal trasporto attivo di ioni ^1. Il potenziale di membrana è una fonte di energia accumulata che la cellula può utilizzare per operare vari dispositivi molecolari nella membrana ^2. I neuroni e le altre cellule eccitabili hanno grandi potenziali di membrana. Rapid apertura dei canali del sodio crolla il potenziale di membrana (depolarizzazione) e produce il potenziale di azione che viene trasportato lungo la lunghezza del neurone ....