$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Przyłożenie prądu elektrycznego do komórki powoduje powstawanie porów na błonie komórkowej w procesie zwanym elektroporacją. Pory umożliwiają przechodzenie przez błonę różnych niepermeanowanych cząsteczek. Pole elektryczne może być precyzyjnie kontrolowane, dzięki czemu powstałe pory są bardzo małe i szybko się zamykają, przy minimalnym zakłóceniu fizjologii komórkowej. Co ciekawe, przylegające komórki mogą być hodowane na szkiełku pokrytym przewodzącym i przezroczystym tlenkiem indu i cyny (ITO) i elektroporowane in situ, czyli na powierzchni, na której rosną, bez odłączania w celu elektroporacji w zawiesinie. Komórki mogą bardzo dobrze rosnąć na tej powierzchni, a ponieważ są przyczepione i przedłużone, możliwa jest szczegółowa obserwacja mikroskopowa. Korzystając z tej techniki, małe cząsteczki niepermeanizowane mogą być wprowadzane natychmiast i zasadniczo do 100% komórek, co sprawia, że technika ta jest szczególnie odpowiednia do badań nad aktywacją składników szlaku po stymulacji receptora ligandem (omówione w1).
Elektroporacja była najczęściej używana do wprowadzania DNA (zwana również elektrotransfekcją). Jednak elektroporacja in situ może być cenna dla wprowadzenia wielu różnych cząsteczek, takich jak peptydy2-4, oligonukleotydy, takie jak antysensowne RNA, dwuniciowe oligonukleotydy wabiące DNA hamujące wiązanie czynników transkrypcyjnych lub siRNA3,5,6, radioaktywne nukleotydy7-10, białka1112 lub proleki13. Po elektroporacji komórki mogą być poddawane lizie do analiz biochemicznych lub utrwalane i barwione przeciwciałami.
Przewodząca powłoka ITO jest bardzo cienka, 800-1000A, dzięki czemu wzrost komórek nie jest zakłócany przez różnicę wysokości dwóch powierzchni, ponieważ komórki rosną na krawędzi powłoki przewodzącej. Ma to tę zaletę, że ogniwa nieelektroporowane mogą być hodowane obok ogniw elektroporowanych, które służą jako kontrole. To samo podejście można zastosować do badania komunikacji międzykomórkowej (GJIC), jak opisano w filmie.
Połączenia szczelinowe to kanały łączące wnętrza sąsiednich komórek14. Komunikacja międzykomórkowa w szczelinie odgrywa ważną rolę w tworzeniu guza i przerzutach, podczas gdy onkogeny, takie jak Src, hamują GJIC15,16. Aby zbadać GJIC, barwnik fluorescencyjny, taki jak żółty Lucyfer (LY), jest często wprowadzany do hodowanych komórek poprzez mikroiniekcję lub skrobanie17, a dyfuzja barwnika do sąsiednich komórek jest obserwowana pod mikroskopem w świetle fluorescencyjnym. Techniki te jednak niezmiennie powodują uszkodzenie komórek. Opisujemy teraz technikę, w której komórki są hodowane na szkiełku podstawowym, które jest częściowo pokryte ITO18. Impuls elektryczny został zastosowany w obecności LY (lub innych barwników) powodując jego wnikanie do komórek rosnących na przewodzącej części szkiełka, podczas gdy migrację barwnika do sąsiednich, nieelektroporowanych komórek obserwowano mikroskopowo poprzez oświetlenie fluorescencyjne. Aby uniknąć zakłócania wrażliwych ogniw, które mogą mieć tendencję do odłączania się od monowarstwy, zaprojektowano zespół, który nie wymagał umieszczania elektrody na ogniwach w celu doprowadzenia prądu elektrycznego19. Podejście to oferuje możliwość ilościowego oznaczania GJIC w dużej liczbie komórek, bez żadnych wykrywalnych zaburzeń metabolizmu komórkowego, na co wskazuje brak wpływu na długość fazy G1 po stymulacji surowicy12, wzrost poziomów białka protoonkogenu fos (Raptis, niepublikowane) lub dwóch kinaz związanych ze stresem komórkowym, świnia p38 lub kinaza JNK/SAPK1. Podejście to umożliwiło zbadanie związku między poziomami ekspresji onkogenu, transformacji i GJIC18, a także wpływu Src i Stat3 na GJIC w różnych typach komórek, w tym w komórkach świeżo wyhodowanych z próbek guza płuc20-23. Ponadto, elektroporacja in situ z opisanym układem, który nie ma górnej elektrody, została z powodzeniem zastosowana do wykazania zamknięcia złącza szczelinowego po różnicowaniu adipocytarnym, chociaż przyłączenie komórkowe do podłoża jest na tym etapie zmniejszone19,24.