En la electroporación, los pulsos eléctricos de alto voltaje causan un aumento en la permeabilidad de la membrana plasmática para moléculas que de otro modo serían mal permeadas1. Las técnicas basadas en la electroporación son hoy en día ampliamente utilizadas en aplicaciones en medicina2, biotecnología3 y tecnología de alimentos4.
Las células excitables, como las neuronales y las musculares, se encuentran entre los principales objetivos de los tratamientos basados en la electroporación que emergen rápidamente en el corazón, el cerebro ylos músculos esqueléticos. Además, pueden verse afectados por los impulsos eléctricos incluso en terapias en las que no son los objetivos principales, y esto puede causar efectos secundarios adversos como dolor, espasmos musculares y daño nervioso6. Es decir, los pulsos eléctricos pueden causar estimulación eléctrica de las células excitables: activan canales iónicos dependientes de voltaje y desencadenan potenciales de acción (AP). Sin embargo, en campos eléctricos más altos, la membrana plasmática de las células se vuelve permeabilizada y se produce corriente iónica adicional a través de poros/defectos7. Esta corriente iónica adicional afecta la excitabilidad de la célula en una compleja interacción entre excitación y electroporación. Por lo tanto, para optimizar los tratamientos basados en la electroporación de tejidos excitables y no excitables, es necesario estudiar los efectos de los impulsos eléctricos sobre las células excitables, sus canales iónicos y su excitabilidad in vitro.
En un estudio reciente8, exploramos células de riñón embrionario humano (HEK) genéticamente modificadas y desarrolladas por Cohen et al.9,10, como una herramienta valiosa para estudiar la electroporación en células excitables. En estas células, por lo demás no excitables, se expresa un complemento mínimo de canales de sodio y potasio (NaV1,5 y Kir2,1) necesario para la excitabilidad. La expresión de Kir2.1 en estas células está controlada por un sistema de tet-on inducido por doxiciclina que permite el establecimiento de dos variantes celulares: células S-HEK excitables con picos (que contienen NaV1.5 y Kir2.1) y células NS-HEK no excitables sin picos (que contienen solo canales de NaV1.5). Esto nos permite comparar los efectos de los impulsos eléctricos en variantes excitables y no excitables del mismo tipo de células. En comparación con las células excitables primarias aisladas, las células excitables diferenciadas de las células madre pluripotentes embrionarias o inducidas y las líneas celulares derivadas de tejidos excitables, las células S-HEK tienen varias ventajas: son fáciles de manejar, cultivar y propagar, tienen canales de sodio y potasio bien definidos y generan AP robustos8.
Diseñamos un protocolo para monitorear los cambios en el voltaje transmembrana (TMV) desencadenados por pulsos eléctricos de diferentes amplitudes con el uso de un colorante potenciométrico fluorescente. De esta manera, podemos estudiar cómo afecta la electroporación a la generación de AP en las células S-HEK y otros cambios en el TMV tanto en las células S-HEK como en las NS-HEK. En resumen, las células S-HEK o NS-HEK se exponen a un solo pulso eléctrico de 100 μs cada 2 minutos, y los cambios relativos en la fluorescencia se registran durante aproximadamente 3 s alrededor de cada aplicación de pulso. Los pulsos aplicados son de voltaje creciente, primero activando AP en las celdas y, a un campo eléctrico más alto, electroporación. El intervalo de 2 minutos entre la aplicación de pulsos se eligió para minimizar los posibles efectos acumulativos de pulsos consecutivos y mantener los experimentos lo suficientemente cortos como para no deteriorar las células. El procesamiento de imágenes se automatizó con una aplicación personalizada de MATLAB para extraer parámetros relevantes de las respuestas de fluorescencia del colorante potenciométrico, evaluando así los cambios en TMV (AP y despolarización sostenida debido a la electroporación) en celdas S-HEK y NS-HEK.