用四甲基铵进行实时离子电渗疗法，以量化体细胞分数和脑细胞外空间的变性

细胞外空间（ECS）是所有脑细胞外部相互通路的网络，包含间质液和细胞外基质（ 图1a和图1b ）。脑细胞功能所需的许多物质（包括营养素，激素和神经递质）的分布通过ECS扩散发生。在该空间中的物理参数，包括体积，几何形状和细胞外基质，变化可以显着地通过ECS和局部离子浓度洗澡脑细胞，从而对脑细胞功能^1,2产生深远的影响影响扩散。

实时离子电渗疗法（RTI）被用于确定一个大脑区域的两个结构特点：体积分数和弯曲度^3，4，“xref”> 5。体积分数（ α ）是代表基础体积中ECS（ V _ECS ）相对于总组织体积（ V _组织 ）占据的组织体积的比例;

与没有障碍物的介质相比，Tortuosity（ λ ）是通过脑区域扩散时物质遇到的相对障碍;

其中D ^* （cm ² s ^-1 ）是物质在脑中的有效扩散系数， D （cm ² s ^-1 ）是物质在游离介质如稀释琼脂糖凝胶中的自由扩散系数。

今天是R最常用的探针物质TI方法是小阳离子四甲基铵（TMA）。 TMA的分子量为74g / mol，在溶液中完全解离，并具有一个正电荷。这种离子的RTI研究已经证明α 0.2和λ 1.6 ^1,2。这意味着ECS大约是总体积的20％，并且小的惰性分子的扩散在ECS中比在没有障碍物³的介质中大约慢2.5倍。然而， α和λ随着脑年龄，区域和状态以及病理状况而变化¹ 。这些参数的改变与大脑发育，衰老，睡眠，癫痫以及脑中许多其他基本过程和疾病有关^{1， 6} 。虽然其他技术测量α和λ ，RTI可以实时测量生物组织的局部区域。因此，RTI在急性和可逆性挑战中已成为调查α和λ变化的不可缺少的工具。

该理论支撑器R最初由尼克尔森和Phillips验证，并且该技术已经被自那时起^4,7广泛使用。使用RTI的实验开始于通过离子电渗法从源微电极释放到脉冲TMA的稀释琼脂糖凝胶。一旦弹出，离子从点源自由扩散，从潜在的无限数量的随机路径中选择（ 图1d ）。使用大约定位的离子选择性微电极（ISM）随时间测量离子的变化浓度100米远（ 图1c ）。 TMA浓度的变化被绘制并适合于允许计算D和离子电渗微电极（在方案中讨论的参数）的输送数的曲线。利用这些值，在感兴趣的脑区域中重复该过程以获得D ^*并计算α和λ 。离子电渗微电极的控制，TMA浓度曲线的数据收集，绘图和拟合以及实验参数的计算都通常由专门为此目的而设计的程序Wanda和Walter完成（软件及其手册是可根据要求自由提供）。

本评论的“议定书”部分描述了在啮齿动物脑切片中设计和执行RTI所需的基本程序。该技术也被用于无杆ENT模型，包括人脑切片和体内脑制剂^{1，4，6，8，9。} “代表结果”部分提供理想和非理想的结果，以突出数据解释的细微差别。最后，讨论部分简要介绍了故障排除技术，RTI的限制，用于研究ECS的替代技术以及RTI的未来应用。

图1：ECS扩散图。 （ a ）ECS图：在典型的脑部分显示ECS的大小和位置。黄色标记了灰色脑细胞过程之间的ECS。 ECS的体积大约是总组织体积的20％（ 即，体积分数= 0。2）生理条件下。 （ b ）ECS的放大图：重点介绍有助于曲折的物理参数，包括脑细胞几何（灰色）和细胞外基质（图示为多色糖胺聚糖和蛋白多糖的网格）。 （ c ）从点源扩散的3D图：证明惰性分子从离子电渗源到ISM的净运动。排除扩散阻挡层和细胞摄取，分子在所有方向向外扩散，产生球形浓度前沿。 ISM量化从离子电渗源释放的惰性分子的局部浓度。 （ d ）大脑ECS中扩散的计算机模拟：[左侧]蒙特卡罗模拟的设置;绿色球体代表脑细胞过程，红色十字表示点源。这个设置模拟图1a所示的脑组织。 [中图] 3和6个分子在通过大脑的细胞外空间扩散时进行随机运动，如图2所示。 [远]从点源释放的许多分子的随机游走。来自点源的所有分子的净运动是向外的， 如图1c所示 。累积随机散点概述了单元格之间的空格（ 即 ECS;参见参考文献⁵进行进一步说明）。 请点击此处查看此图的较大版本。