في التثقيب الكهربائي ، تتسبب النبضات الكهربائية عالية الجهد في زيادة نفاذية غشاء البلازما للجزيئات التي تكون ضعيفةالنفاذ 1. تستخدم التقنيات القائمة على التثقيب الكهربائي في الوقت الحاضر على نطاق واسع في التطبيقات في الطب2 ، والتكنولوجيا الحيوية3 ، وتكنولوجيا الأغذية4.
تعد الخلايا القابلة للإثارة مثل الخلايا العصبية والعضلية من بين الأهداف الأساسية في العلاجات القائمة على التثقيب الكهربائي الناشئة بسرعة في القلب والدماغ وعضلات الهيكلالعظمي 5. علاوة على ذلك ، يمكن أن تتأثر بالنبضات الكهربائية حتى في العلاجات التي لا تكون فيها الأهداف الأساسية ، ويمكن أن يسبب ذلك آثارا جانبية ضارة مثل الألم وارتعاش العضلات وتلف الأعصاب6. وبالتحديد ، يمكن أن تسبب النبضات الكهربائية تحفيزا كهربائيا للخلايا القابلة للاستثارة: فهي تنشط القنوات الأيونية ذات الجهد الكهربائي وتثير إمكانات العمل (AP). ومع ذلك ، في المجالات الكهربائية الأعلى ، يصبح غشاء بلازما الخلايا منفذا ، ويحدث تيار أيوني إضافي من خلال المسام /العيوب 7. يؤثر هذا التيار الأيوني الإضافي على استثارة الخلية في تفاعل معقد بين الإثارة والتثقيب الكهربائي. لذلك ، لتحسين العلاجات القائمة على التثقيب الكهربائي للأنسجة القابلة للاستثارة وغير القابلة للاستثارة ، هناك حاجة لدراسة تأثيرات النبضات الكهربائية على الخلايا القابلة للاستثارة ، وقنواتها الأيونية ، والاستثارة في المختبر.
في دراسة حديثة8 ، استكشفنا خلايا الكلى الجنينية البشرية المعدلة وراثيا (HEK) التي طورها Cohen et al.9،10 ، كأداة قيمة لدراسة التثقيب الكهربائي في الخلايا القابلة للاستثارة. في هذه الخلايا غير القابلة للإثارة ، يتم التعبير عن الحد الأدنى من قنوات الصوديوم والبوتاسيوم (NaV1.5 و Kir2.1) اللازمة للاستثارة. يتم التحكم في التعبير عن Kir2.1 في هذه الخلايا بواسطة نظام tet-on الناجم عن الدوكسيسيكلين والذي يسمح بإنشاء نوعين مختلفين من الخلايا: S-HEK المرتفع المثير (الذي يحتوي على NaV1.5 و Kir2.1) وخلايا NS-HEK غير القابلة للإثارة (تحتوي فقط على قنوات NaV1.5). هذا يسمح لنا بمقارنة تأثيرات النبضات الكهربائية على المتغيرات القابلة للإثارة وغير القابلة للإثارة من نفس النوع من الخلايا. بالمقارنة مع الخلايا الأولية القابلة للاستثارة المعزولة ، والخلايا القابلة للاستثارة المتمايزة عن الخلايا الجذعية الجنينية أو المستحثة متعددة القدرات ، وخطوط الخلايا المشتقة من الأنسجة القابلة للإثارة ، تتمتع خلايا S-HEK بالعديد من المزايا: فهي سهلة التعامل معها وزراعتها وتكاثرها ، ولها قنوات صوديوم وبوتاسيوم محددة جيدا ، وتولد نقاط وصول قوية8.
لقد صممنا بروتوكولا لمراقبة التغيرات في جهد الغشاء (TMV) الناتجة عن نبضات كهربائية ذات سعات مختلفة باستخدام صبغة جهدية فلورية. بهذه الطريقة ، يمكننا دراسة كيفية تأثير التثقيب الكهربائي على توليد AP في خلايا S-HEK والتغيرات الأخرى في TMV في كل من خلايا S-HEK و NS-HEK. باختصار ، تتعرض خلايا S-HEK أو NS-HEK لنبضة كهربائية واحدة 100 ميكرو ثانية كل دقيقتين ، ويتم تسجيل التغيرات النسبية في التألق لمدة 3 ثوان تقريبا حول كل تطبيق نبض. النبضات المطبقة ذات جهد متزايد ، مما يؤدي أولا إلى تشغيل نقاط الوصول في الخلايا ، وفي مجال كهربائي أعلى ، التثقيب الكهربائي. تم اختيار الفاصل الزمني لمدة دقيقتين بين تطبيق النبض لتقليل التأثيرات التراكمية المحتملة للنبضات المتتالية مع إبقاء التجارب قصيرة بما يكفي لعدم تدهور الخلايا. تمت أتمتة معالجة الصور باستخدام تطبيق MATLAB مخصص لاستخراج المعلمات ذات الصلة لاستجابات التألق للصبغة الجهدية ، وبالتالي تقييم التغييرات في TMV (APs وإزالة الاستقطاب المستمر بسبب التثقيب الكهربائي) في خلايا S-HEK و NS-HEK.