成人脑组织切片中钾离子选择性电极的制备、检测及应用

钾离子浓度在大脑中受到严格的调节, 它们的波动对所有细胞的静止膜电位有很大的影响。根据这些重要的贡献, 生物学的一个重要目标是确定细胞和生物物理机制, 用于在身体的不同器官的细胞外空间中严格调节 K⁺的浓度^1,2. 这些研究的一个重要要求是能够准确地测量 K⁺浓度。虽然在健康和患病状态下, 许多有助于大脑中钾稳态的成分已经被确认为^3,45, 由于专业性质的原因, 进一步的进展已经减慢。制备离子选择性电极钾的方法。微电极传感器表示用于测量 K⁺浓度体外、组织切片和体内中的金标准。

用于 k⁺监视的更新方法正在使用光学传感器进行开发, 但这些检测不到与生物学相关的 k⁺浓度范围, 也未在生物系统中进行全面审查, 尽管初步结果显示有希望的^6,7,8。与光学传感器相比, 电极从根本上被限制为离子的点源测量, 虽然电极阵列可以改善空间分辨率⁹。本文重点介绍了用于监测 K⁺动力学的单桶微电极传感器。

在这项工作中, 我们报告详细的逐步过程, 使 K⁺选择性电极, 使用基于 valinomycin 的钾载体, 允许高度选择性 (10⁴折叠 k⁺到 Na⁺选择性) k⁺在膜上运动¹⁰。valinomycin 是一种自然发生的多肽, 它充当 k⁺渗透性孔隙, 并使 k⁺的流量降低到其电化学梯度。我们还描述了如何校准电极, 如何存储和使用它们, 最后如何部署它们来测量成年小鼠海马脑切片中的 K⁺浓度动态。使用此类电极和基因修饰小鼠缺乏特定的离子通道来调节胞外 K⁺动力学应该揭示神经系统使用的细胞机制来控制 k 的环境浓度。在胞外环境中的⁺ 。