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Method Article
* Estos autores han contribuido por igual
El presente protocolo describe un método eficiente para la adquisición dinámica y en tiempo real de corrientes de canal de potasio (Kv) dependientes de voltaje en cardiomiocitos H9c2 utilizando la técnica de pinza de parche de células enteras.
Los canales de potasio en la membrana celular miocárdica juegan un papel importante en la regulación de las actividades electrofisiológicas celulares. Al ser uno de los principales canales iónicos, los canales de potasio dependientes de voltaje (Kv) están estrechamente asociados con algunas enfermedades cardíacas graves, como el daño miocárdico inducido por medicamentos y el infarto de miocardio. En el presente estudio, se empleó la técnica de patch-clamp de células enteras para determinar los efectos de 1,5 mM 4-aminopiridina (4-AP, un inhibidor de los canales de potasio de amplio espectro) y aconitina (AC, 25 μM, 50 μM, 100 μM y 200 μM) sobre la corriente del canal Kv (IKv) en cardiomiocitos H9c2. Se encontró que la 4-AP inhibió el I Kv en aproximadamente un 54%, mientras que el efecto inhibitorio de la CA sobre el IKv mostró una tendencia dependiente de la dosis (ningún efecto para 25 μM, tasa inhibitoria del 30% para 50 μM, tasa inhibitoria del 46% para 100 μM y tasa inhibitoria del 54% para 200 μM). Debido a las características de mayor sensibilidad y precisión, esta técnica promoverá la exploración de la cardiotoxicidad y los efectos farmacológicos de la etnomedicina dirigida a los canales iónicos.
Los canales iónicos son proteínas integradas especiales incrustadas en la bicapa lipídica de la membrana celular. En presencia de activadores, los centros de tales proteínas integradas especiales forman poros hidrófilos altamente selectivos, permitiendo que iones de un tamaño y carga apropiados pasen a través de una manera de transporte pasivo1. Los canales iónicos son la base de la excitabilidad celular y la bioelectricidad y desempeñan un papel clave en una variedad de actividades celulares2. El corazón suministra sangre a otros órganos a través de contracciones regulares resultantes de un proceso acoplado excitación-contracción iniciado por potenciales de acción3. Estudios previos han confirmado que la generación de potenciales de acción en los cardiomiocitos es causada por el cambio en la concentración de iones intracelulares, y la activación e inactivación de los canales iónicos Na+, Ca2+ y K+ en los cardiomiocitos humanos conducen a la formación de potenciales de acción en una cierta secuencia 4,5,6. Las corrientes alteradas del canal de potasio (Kv) dependientes de voltaje (IKv) podrían cambiar el ritmo cardíaco normal, lo que lleva a arritmias, que son una de las principales causas de muerte. Por lo tanto, el registro del IKv es crítico para comprender los mecanismos de los fármacos para el tratamiento de arritmias potencialmente mortales7.
El canal Kv es un componente importante del canal de potasio. La función de coordinación del canal Kv juega un papel importante en la actividad eléctrica y la contractilidad miocárdica del corazón de los mamíferos 8,9,10. En los cardiomiocitos, la amplitud y la duración de los potenciales de acción dependen de la coconducción de las corrientes K+ hacia el exterior por múltiples subtipos de canales Kv11. La regulación de la función del canal Kv es muy importante para la repolarización normal del potencial de acción cardíaco. Incluso el más mínimo cambio en la conductancia del Kv afecta en gran medida la repolarización cardíaca y aumenta la posibilidad de arritmia12,13.
Representando un método fundamental en la investigación electrofisiológica celular, se puede establecer un sello de alta resistencia entre un área pequeña de la membrana celular y una punta de pipeta para el registro de pinza de parche de células enteras aplicando una presión negativa. La presión negativa continua hace que la membrana celular entre en contacto con la punta de la pipeta y se adhiera a la pared interna de la pipeta. El circuito eléctrico completo resultante permite registrar cualquier corriente de canal iónico a través de la superficie de la membrana celular14. Esta técnica tiene una sensibilidad muy alta para la corriente del canal iónico de la membrana celular y se puede utilizar para detectar corrientes en todos los canales iónicos, y las aplicaciones son extremadamente amplias15. Además, en comparación con el etiquetado fluorescente y el etiquetado radiactivo, la pinza de parche tiene mayor autoridad y precisión16. En la actualidad, se ha utilizado la técnica de patch-clamp de células enteras para detectar los componentes de la medicina tradicional china que actúan sobre las corrientes del canal Kv17,18,19. Por ejemplo, Wang et al. utilizaron la técnica de patch-clamp de células enteras y confirmaron que el componente efectivo de la semilla de loto podría lograr la inhibición del canal Kv4.3 bloqueando los canales de estado activado19. La aconitina (AC) es uno de los ingredientes efectivos y activos de las especies de Aconitum, como Aconitum carmichaeli Debx y Aconitum pendulum Busch. Numerosos estudios han demostrado que las sobredosis de CA pueden causar arritmias e incluso paro cardíaco20. La interacción entre la CA y los canales iónicos dependientes de voltaje conduce a la interrupción de la homeostasis iónica intracelular, que es el mecanismo clave de la cardiotoxicidad21. Por lo tanto, en este estudio, se utiliza la técnica de patch-clamp de células enteras para determinar los efectos de AC en el IKv de los cardiomiocitos.
Los cardiomiocitos de rata H9c2 obtenidos comercialmente (ver la Tabla de materiales) se incubaron en DMEM que contenía 10% de suero bovino fetal inactivado por calor (FBS) y 1% de penicilina-estreptomicina a 37 °C en una atmósfera humidificada deCO2 al 5%. La técnica de patch-clamp de células enteras se empleó para detectar los cambios en IKv en células H9c2 normales y células tratadas con 4-AP o CA (Figura 1 y Figura 2).
1. Preparación de la solución
2. Cultivo celular
3. Fabricación de micropipetas
4. Configuración del instrumento
5. Configuración del parámetro IKv
6. Registro de abrazadera de parche de celda completa del I Kv en modo de abrazadera de voltaje
Este protocolo permitió el registro del IKv de acuerdo con los parámetros establecidos en la técnica de patch-clamp de células enteras. El IKv fue activado por 150 ms de estímulo de pulso despolarizante de -40 a +60 mV a un potencial de retención de -60 mV (Figura 3A). El IKv de los cardiomiocitos de rata H9c2 apareció por primera vez alrededor de -20 mV, y luego la amplitud aumentó con una mayor despolarización. La relación media entre el IKv<...
La técnica electrofisiológica patch-clamp se utiliza principalmente para registrar y reflejar la actividad eléctrica y las características funcionales de los canales iónicos en la membrana celular25. En la actualidad, los principales métodos de grabación de la técnica patch-clamp incluyen la grabación de un solo canal y la grabación de célulascompletas 26. Para el modo de celda completa, el microelectrodo de vidrio y la presión negativa se utilizan para formar u...
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecemos el apoyo financiero de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (82130113) y el Programa Clave de Investigación y Desarrollo y Transformación del Departamento de Ciencia y Tecnología de la provincia de Qinghai (2020-SF-C33).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
4-Aminopyridine | Sigma | MKCJ2184 | |
Aconitine | Chengdu Lemetian Medical Technology Co., Ltd | DSTDW000602 | |
Amplifier | Axon Instrument | MultiClamp 700B | |
Analytical Balance | Sartorius | 124S-CW | |
ATP Na2 | Solarbio | 416O022 | |
Borosilicate glass with filament (O.D.: 1.5 mm, I.D.: 1.10 mm, 10 cm length) | Sutter Instrument | 163225-5 | |
Cell culture dish (100 mm) | Zhejiang Sorfa Life Science Research Co., Ltd | 1192022 | |
Cell culture dish (35 mm) | Zhejiang Sorfa Life Science Research Co., Ltd | 3012022 | |
Clampex software | Molecular Devices, LLC. | Version 10. 5 | |
Clampfit software | Molecular Devices, LLC. | Version 10. 6. 0. 13 | data acqusition software |
D-(+)-glucose | Rhawn | RH289133 | |
Digital camera | Hamamatsu | C11440 | |
Digitizer | Axon Instrument | Axon digidata 1550B | |
DMSO | Boster Biological Technology Co., Ltd | PYG0040 | |
Dulbecco's modified eagle medium (1x) | Gibco | 8121587 | |
EGTA | Biofroxx | EZ6789D115 | |
Fetal bovine serum | Gibco | 2166090RP | |
Flaming/brown micropipette puller | Sutter Instrument | Model P-1000 | |
H9c2 cells | Hunan Fenghui Biotechnology Co., Ltd | CL0111 | |
HCImageLive | Hamamatsu | 4.5.0.0 | |
HCl | Sichuan Xilong Scientific Co., Ltd | 2106081 | |
HEPES | Xiya Chemical Technology (Shandong) Co., Ltd | 20210221 | |
KCl | Chengdu Colon Chemical Co., Ltd | 2020082501 | |
KOH | Chengdu Colon Chemical Co., Ltd | 2020112601 | |
MgCl2 | Tianjin Guangfu Fine Chemical Research Institute | 20160408 | |
MgCl2·6H2O | Chengdu Colon Chemical Co., Ltd | 2021020101 | |
Micromanipulator | Sutter Instrument | MP-285A | |
Microscope | Olympus | IX73 | |
Microscope cover glass (20 × 20 mm) | Jiangsu Citotest Experimental Equipment Co. Ltd | 80340-0630 | |
Milli-Q | Chengdu Bioscience Technology Co., Ltd | Milli-Q IQ 7005 | |
MultiClamp 700B commander | Axon Instrument | MultiClamp commander 2.0 | signal-amplifier software |
OriginPro 8 software | OriginLab Corporation | v8.0724(B724) | |
Penicillin-Streptomycin (100x) | Boster Biological Technology Co., Ltd | 17C18B16 | |
PH meter | Mettler Toledo | S201K | |
Phosphate buffered saline (1x) | Gibco | 8120485 | |
Trypsin 0.25% (1x) | HyClone | J210045 |
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