Измерение электрических потенциалов в сокращающихся клетках сердца

Ученые впервые записали ток в мембранных каналах сокращающихся кардиомиоцитов. Для этого они совместили атомно-силовой микроскоп с классическим методом измерения электрических сигналов в клетках — patch-clamp.

Электрические импульсы в клетках, например, в нейронах или мышечных клетках, генерируются при открытии ионных каналов в их наружной мембране. С 1970-х годов для измерения активности этих каналов используется patch-clamp техника: к мембране клетки подводят стеклянную пипетку с микроотверстием, которое изолирует крошечный участок мембраны, часто с одним ионным каналом. Внутри пипетки находится проводящая жидкость и электрод, позволяющий измерять разность потенциалов и её изменения. Однако метод традиционно применялся на неподвижных клетках.

Атомно-силовой микроскоп с микроинъекционной иглой

Группа под руководством Томасо Дзамбелли (ETH Zurich) и Хьюга Абриеля (Университет Берна) объединила patch-clamp с атомно-силовым микроскопом. Они использовали сенсорную иглу с внутренним каналом (микроинъекционную), которая крепится на кантилевере. Ранее эта технология, коммерциализированная spin-off компанией Cytosurge, использовалась для инъекций молекул в клетки. Теперь ученые оснастили микроиглу электродом для проведения patch-clamp измерений. Результаты опубликованы в Nano Letters.

Patch-clamp — ключевой метод не только в фундаментальной биологии, но и в фармацевтической индустрии, где требуется тестировать влияние новых препаратов на ионные каналы, чтобы избежать, например, опасных аритмий.

Стабильные измерения и потенциал автоматизации

В классическом методе пипетку позиционируют вручную; автоматизация ограничена и требует одинаковых, неподвижных клеток. В новом методе микроигла управляется компьютером на основе данных о силе от атомно-силового микроскопа, что позволяет удерживать её на постоянном малом расстоянии от поверхности клетки.

«Это делает контакт между иглой и клеткой намного стабильнее, что позволяет проводить измерения дольше и даже на движущихся клетках», — объясняет Дзамбелли.

Это позволило впервые измерить изменения электрического потенциала в ионных каналах бьющихся клеток сердца. Метод также открывает путь к созданию автоматизированной системы для тестирования любых клеток, независимо от их формы, размера и подвижности.