לחקר תגובות של תאים מעוררים במבחנה, הפרוטוקול מתאר ניטור אופטי של שינויים ביצירת פוטנציאל הפעולה עקב אלקטרופורציה במודל תא מעורר פשוט של תאי HEK מהונדסים גנטית וכן שינויים במתח הטרנסממברני עם מיצוי אוטומטי של פרמטרים רלוונטיים.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
לחקר תגובות של תאים מעוררים במבחנה, הפרוטוקול מתאר ניטור אופטי של שינויים ביצירת פוטנציאל הפעולה עקב אלקטרופורציה במודל תא מעורר פשוט של תאי HEK מהונדסים גנטית וכן שינויים במתח הטרנסממברני עם מיצוי אוטומטי של פרמטרים רלוונטיים.
תאים מעוררים כגון תאי עצב ושריר יכולים להיות מטרות עיקריות בטיפולים מבוססי אלקטרופורציה המתפתחים במהירות. עם זאת, הם יכולים להיות מושפעים מפולסים חשמליים גם בטיפולים שבהם הם אינם המטרות העיקריות, וזה יכול לגרום לתופעות לוואי שליליות. לכן, כדי לייעל את הטיפולים מבוססי האלקטרופורציה ברקמות מעוררות ולא מעוררות, יש צורך לחקור את ההשפעות של פולסים חשמליים על תאים מעוררים, תעלות היונים שלהם וריגוש במבחנה. למטרה זו, פותח פרוטוקול לניטור אופטי של שינויים ביצירת פוטנציאל הפעולה עקב אלקטרופורציה במודל תא מעורר פשוט של תאי HEK מהונדסים גנטית. עם שימוש בצבע פוטנציומטרי פלואורסצנטי, השינויים במתח הטרנסממברני נוטרו תחת מיקרוסקופ פלואורסצנטי, ופרמטרים רלוונטיים של תגובות התא חולצו אוטומטית עם יישום MATLAB. בדרך זו, ניתן היה להעריך ביעילות את תגובות התאים המעוררים לפולסים חשמליים שונים ואת יחסי הגומלין בין עירור ואלקטרופורציה.
באלקטרופורציה, פולסים חשמליים במתח גבוה גורמים לעלייה בחדירות קרום הפלזמה עבור מולקולות שאחרת אינן מוכשרות בצורה גרועה1. טכניקות מבוססות אלקטרופורציה נמצאות כיום בשימוש נרחב ביישומים ברפואה2, ביוטכנולוגיה3 וטכנולוגיית מזון4.
תאים מעוררים כגון תאי עצב ושריר הם בין המטרות העיקריות בטיפולים מבוססי אלקטרופורציה המתפתחים במהירות בלב, במוח ובשרירי השלד5. יתר על כן, הם יכולים להיות מושפעים מפולסים חשמליים גם בטיפולים שבהם הם אינם המטרות העיקריות, וזה יכול לגרום לתופעות לוואי שליליות כגון כאב, עוויתות שרירים ונזק עצבי6. כלומר, פולסים חשמליים יכולים לגרום לגירוי חשמלי של תאים מעוררים: הם מפעילים תעלות יונים מגודרות מתח ומפעילים פוטנציאל פעולה (AP). עם זאת, בשדות חשמליים גבוהים יותר, קרום הפלזמה של התאים הופך לחדירה, וזרם יוני נוסף דרך נקבוביות/פגמים מתרחש7. זרם יוני נוסף זה משפיע על ריגוש התאים במשחק גומלין מורכב בין עירור לאלקטרופורציה. לכן, כדי לייעל את הטיפולים מבוססי האלקטרופורציה ברקמות מעוררות ולא מעוררות, יש צורך לחקור את ההשפעות של פולסים חשמליים על תאים מעוררים, תעלות היונים שלהם וריגוש במבחנה.
במחקר שנערך לאחרונה8, חקרנו תאי כליה עובריים אנושיים מהונדסים גנטית (HEK) שפותחו על ידי כהן ואחרים 9,10, ככלי רב ערך לחקר אלקטרופורציה בתאים מעוררים. בתאים אלה שאינם ניתנים לריגוש, מתבטא השלמה מינימלית של תעלות נתרן ואשלגן (NaV1.5 ו- Kir2.1) הדרושה להתרגשות. הביטוי של Kir2.1 בתאים אלה נשלט על ידי מערכת tet-on המושרה על ידי דוקסיציקלין המאפשרת הקמה של שתי גרסאות תאים: S-HEK מעורר (המכיל NaV1.5 ו-Kir2.1) ותאי NS-HEK שאינם מעוררים (המכילים רק NaV1.5 ערוצים). זה מאפשר לנו להשוות את ההשפעות של פולסים חשמליים על גרסאות מעוררות ולא מעוררות של אותו סוג תאים. בהשוואה לתאים מעוררים ראשוניים מבודדים, תאים מעוררים המובחנים מתאי גזע פלוריפוטנטיים עובריים או מושרים, וקווי תאים שמקורם ברקמות מעוררות, לתאי S-HEK יש מספר יתרונות: הם קלים לטיפול, טיפוח והפצה, בעלי תעלות נתרן ואשלגן מוגדרות היטב ומייצרים APs חזקים8.
עיצבנו פרוטוקול לניטור שינויים במתח טרנסממברני (TMV) המופעלים על ידי פולסים חשמליים של אמפליטודות שונות באמצעות צבע פוטנציומטרי פלואורסצנטי. בדרך זו, אנו יכולים לחקור כיצד אלקטרופורציה משפיעה על יצירת AP בתאי S-HEK ושינויים אחרים ב-TMV הן בתאי S-HEK והן בתאי NS-HEK. בקצרה, תאי S-HEK או NS-HEK נחשפים לפולס חשמלי יחיד של 100 מיקרון כל 2 דקות, ושינויים יחסיים בקרינה נרשמים במשך כ-3 שניות סביב כל יישום פולס. הפולסים המופעלים הם של מתח הולך וגובר, מפעילים תחילה APs בתאים, ובשדה חשמלי גבוה יותר, אלקטרופורציה. המרווח של 2 דקות בין יישום הדופק נבחר כדי למזער את ההשפעות המצטברות האפשריות של פולסים עוקבים תוך שמירה על ניסויים קצרים מספיק כדי לא לדרדר את התאים. עיבוד התמונה היה אוטומטי עם יישום MATLAB מותאם אישית כדי לחלץ פרמטרים רלוונטיים של תגובות הקרינה של הצבע הפוטנציומטרי, ומכאן להעריך את השינויים ב-TMV (APs ודפולריזציה מתמשכת עקב אלקטרופורציה) בתאי S-HEK ו-NS-HEK.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. הכנת ריאגנטים ותרביות תאים
2. הכנת מדגם
3. גירוי חשמלי ואלקטרופורציה
4. ניתוח נתונים
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
ניתן לנטר אופטית שינויים ב-TMV בתאים מעוררים במבחנה המופעלים על ידי פולסים חשמליים באמצעות פרוטוקול זה, וניתן לנתח את אותות הקרינה כדי לחלץ את הפרמטרים הרלוונטיים שלהם.
מערך הניסוי מוצג באיור 1A. אות טיפוסי של פולס חשמלי של 100 מיקרון-שניות המשמש בניסויים מוצג באיור 1B. תאים בתאים שממוקמים מתחת למיקרוסקופ בדרך כלל נראים כמו התאים באיור 1C (תמונת שדה בהיר) ובאיור 1D (...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תאי S-HEK הם מודל פשוט של תאים מעוררים עם תעלות נתרן ואשלגן מוגדרות היטב, NaV1.5 ו- Kir2.19. זה מאפשר לנו לבצע מחקרי עומק על האופן שבו תאים מעוררים מגיבים לפולסים חשמליים מופעלים ולקשר את נתוני הניסוי למודלים מתמטיים המבוססים על המאפיינים התיאורטיים הידועים של הערוצים המתבטאים בתאי S-HEK. במחקר הקודם שלנו8, תיארנו את התגובות של תאים אלה לפולסים של 100 מיקרון של עלייה ב-E הן בניסוי והן בתיאוריה. ב-E נמוך יותר, תאי S-HEK...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים מצהירים שאין ניגוד עניינים.
עבודה זו נתמכה על ידי סוכנות המחקר והחדשנות הסלובנית (ARIS) במסגרת תוכנית המחקר P2-0249, תוכנית התשתית I0-0022 ופרויקט המחקר J2-2503. העבודה נתמכה בחלקה על ידי ARIS ואוניברסיטת לובליאנה באמצעות מימון תוכניות מחקר לסטארט-אפים. העבודה נתמכה בחלקה על ידי האיחוד האירופי ו-ARIS באמצעות מימון NextGenerationEU ו-NOO במסגרת פרויקט MN-0023. העבודה נתמכה בחלקה על ידי האיחוד האירופי באמצעות מענק התחלתי של ERC (מס' 101115323 - גלגול נשמות) ומלגת מארי סקלודובסקה-קירי (מס' 893077 - EPmIC). עם זאת, ההשקפות והדעות המובעות הן של המחברים בלבד ואינן משקפות בהכרח את אלה של האיחוד האירופי או מועצת המחקר האירופית. לא האיחוד האירופי ולא הרשות המעניקה לא יכולים לשאת באחריות להם. המחברים מודים לקבוצה של אדם א. כהן מאוניברסיטת הרווארד על שסיפקה באדיבות את תאי ה-HEK המקפיצים את ה-tet-on, ולדושה הודג'יץ' על עזרתה במעבדת תרביות התאים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| צינור 1.5 מ"ל | Ratiolab | 5615000 | |
| 2 בארות Nunc Lab-Tek II Chambered #1.5 מערכת כיסוי גרמנית | Thermo Fisher Scientific | ||
| 155379 ADP305 בדיקת מתח דיפרנציאלי | Teledyne LeCroy | ||
| AP015 בדיקת זרם | Teledyne LeCroy | ||
| Blasticidin | תרמו פישר סיינטיפיק | ||
| חממת CO2 | PHCbi | MCO -230AICUV | |
| דוקסיציקלין | סיגמא-אולדריץ'/מרק | D9891 | |
| דולבקו s Modifed Eagle' s בינוני גבוה גידול גלוקוז | בינוני Sigma-Aldrich/Merck | D5671 | |
| ElectroFluor630 (Di-4-ANEQ(F)PTEA) | בדיקות פוטנציומטריות | 31795 | |
| סרום בקר עוברי | Sigma-Aldrich/Merck | F2442 | |
| גנטיצין | תרמו פישר מדעי | ||
| גלוטמין | סיגמא-אולדריץ'/Merck | G7513 | |
| קולט אדים למינרי Iskra | Pio | MC 15-2 | |
| MATLAB | Mathworks | ||
| פניצילין– סטרפטומיצין | סיגמא-אולדריץ'/Merck | P07681 | |
| פולי-L-ליזין הידרוברומיד | סיגמא-אולדריץ'/מרק | P9155-5MG | |
| מחולל פולסים | בהתאמה | ראה התייחסות11 | |
| Puromycin | Thermo Fisher Scientific | ||
| T25 25 ס"מ ו-sup2; בקבוק תרבית רקמה | TPP | 90026 | |
| תאי HEK מזנקים Tet-on | אוסף תרבית מסוג אמריקאי ATCC | CRL-3479 | |
| מערכת תאים חיים של Thunder Imager למיקרוסקופיה פלואורסצנטית | Leica Microsystems | ||
| פתרון Trypsin-EDTA | Sigma-Aldrich/Merck | T3924 | |
| WavePro 7300A אוסילוסקופ | Teledyne LeCroy |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.