오픈 패치 클램프 피 펫과 Unstirred 경계 층에 이온 농도의 측정: 유체에 의해 이온 채널의 제어 의미 흐름

유체 흐름은 유체 흐름을 이용한 혈관 확장 및 유체 전단 힘 종속 혈관 개장 및 개발^1,2,^{등 많은 생리와 병 적인 프로세스를 제어 하는 중요 한 환경 큐 3,,45}. 유체 흐름 전단 힘에 생물학 응답에 대 한 분자 기계 장치는 완전히 이해 되지 않습니다, 하지만 이온 채널 게이팅의 유체 흐름 중재 규칙 유체 흐름 유도 응답⁵ 비판적으로 기여할 수 있다고 믿고 ^{, 6 , 7 , 8}. 내 피 안쪽 정류기 Kir2.1 및 캘리포니아^{2 +}의 예를 들어 활성화-활성화 된 K⁺ (K_Ca2.3, KCNN3) 채널 Ca^{2 +} 유입 유체 흐름에 의해 액체에 기여할 제안 되었습니다 후 흐름 유도 혈관^6,,78. 따라서, 많은 이온 채널, 특히 기계적으로 활성화 또는-저해 채널, 패치 클램프 기술^6,,910 유체 흐름/전단 힘 감도 측면에서 연구 ^{, 그러나 11}., 수에 따라 실험 프로토콜 패치 클램프 기록 동안 수행, 결과 및 유체 흐름-이온 채널의 규정에 있는 데이터의 해석 잘못^10,11.

유체 흐름 유도 아티팩트 패치 클램프 기록에의 한 소스는 목욕 및 Ag/AgCl 기준 전극¹¹사이 잠재적인 교차점에서 이다. 그것은 일반적으로 믿고 그 입욕 액체와 Ag/AgCl 전극 사이 잠재적인 액체/금속 접합 일정 입욕 액체의 Cl^– 농도 일정 유지는 입욕 솔루션 사이의 화학 반응 고려 그리고 되도록 Ag/AgCl 전극:

Ag + Cl^–↔ AgCl + 전자 (e^–) (공식 1)

그러나, 입욕 솔루션 및 Ag/AgCl 기준 전극 (공식 1) 사이 전반적인 전기 화학 반응 왼쪽에서 오른쪽으로 진행 하는 경우, Ag/AgCl에 인접 한 입욕 액체의 Cl^– 농도 참조 충분 한 convectional 전송 보장 하지 않는 한 전극 (unstirred 경계 층^12,13,,1415) 솔루션, 목욕의 대부분에서 그 보다 훨씬 낮은 수 있습니다. 이전 또는 비 이상적 Ag/AgCl 전극 Ag의 부적당 한 염소와 함께 사용 하 여 이러한 위험을 증가할 수 있습니다. 이 유체 흐름 관련 아티팩트 참조 전극, 사실,에서 단순히 입욕 액체 및 참조 사이 기존의 agarose 소금 다리를 배치 하 여 제외할 수 있습니다 전극, 유물 진짜 Cl^– 에서 변경에 기반 Ag/AgCl 전극¹¹에 인접 한 농도. 이 연구에서 제시 하는 프로토콜 흐름 관련 접합 잠재적인 변화를 방지 하 고 unstirred 경계 층에 진짜 이온 농도 측정 하는 방법을 설명 합니다.

Agarose KCl 입욕 액체 및 Ag/AgCl 기준 전극 사이 다리를 놓은 후 고려해 야 하는 또 다른 중요 한 요소 이다: 참조로 그냥 Ag/AgCl 전극 역할 Cl^– 전극, 이온 채널 또한 기능을 할 수 같은 이온 선택적인 전극. 입욕 액체와 Ag/AgCl 기준 전극 사이 unstirred 경계 층의 상황 막 이온 채널을 통해 세포 외 및 세포내 솔루션 사이 이온의 운동을 하는 동안 발생합니다. 이 유체 흐름에 의해 채널 이온의 규정을 해석 하는 때 주의 사용 해야 함을 의미 합니다. 우리의 이전 연구¹¹에서 설명 했 듯이, 전기 화학 기온 변화도 존재 하는 솔루션을 통해 이온의 운동 3 가지 메커니즘을 통해 발생할 수 있습니다: 확산, 마이그레이션, 및 대류, 어디 확산 운동 이다 농도 기온 변화도 의해 유도 된 마이그레이션 전기 기온 변화도 의해 구동 하는 운동 이며 대류 유체 흐름을 통해 운동 이다. 이러한 세 가지 전송 메커니즘 가운데 대류 모드 대부분 이온¹¹ (> 1000 번 유포 또는 일반적인 패치 클램프 설정 마이그레이션 보다)의 운동에 공헌 한다. 이 왜 입욕 액체와 Ag/AgCl 기준 전극 사이 잠재적인 연결 수 매우 다른 정적 및 유체 흐름 조건¹¹의 이론적인 기초를 형성 합니다.

위에서 제안 된 가설에 의하여 현재 이온 채널에 유체 흐름의 어떤 facilitatory 효과 진짜 이온 농도 막 표면 (unstirred 경계 층)에 채널 입구에 인접 한의 대류 복원에서 유추 될 수 ¹⁰.이 경우에, 이온 채널 전류에 대 한 유체 흐름 유도 효과 단순히 발현 이온 채널 게이팅의 규제 안에서 전기 이벤트에서. 비슷한 생각 이전 배리와 동료^12,13,,1415 엄격한 이론적인 고려 사항 및 실험적 증거, 일컬어 unstirred 층에 따라 의해 제안 되었다 또는 전송 번호 효과입니다. 단일 채널 전도도 충분 한 전송 채널 (unstirred 멤브레인 표면에 보다 막에서 빠른 전송 속도), 속도 경계층 효과 제공 하기 위해 충분히 오픈 시간 발생할 수 있습니다 일부 이온 채널 충분 한 경우 . 따라서, 대류 종속 전송 최종 유체 흐름 유도 자와 이온 현재^{10,12,13,,1415}에 기여할 수 있다.

우리는 한 천 또는 agarose를 사용 하 여의 중요성을 강조 하는이 연구에서 이온의 유체 흐름 유도 규칙을 공부 하는 동안 소금 브리지. 우리는 또한 Ag/AgCl 기준 전극 및 막 이온 채널에 인접 한 unstirred 경계 층에 진짜 이온 농도 측정 하기 위한 방법을 제공 합니다. 또한, 이온 채널 전류 (즉, 대류 가설 또는 unstirred 층 전송 번호 효과)의 유체 흐름을 이용한 변조의 이론적 해석 설계 하 고 해석 하는 연구에 귀중 한 통찰력을 제공할 수 있습니다. 전단 힘-규칙 이온 채널의. 우리 경우 이온 채널 전류 막 이온 채널의 모든 종류를 통해 유체 흐름, 유체 흐름 전단 힘만을 그들의 생물 학적 감도의 독립에 의해 촉진 될 수 있다 예측 unstirred 경계 층 전송 번호 효과 따라 이온 채널 충분 한 단일 채널 전도도 긴 오픈-시간이 있다. 높은 이온 채널 전류 밀도 세포 막 표면에 unstirred 경계층 효과 높일 수 있습니다.