La membrana celular tiene numerosos canales para el transporte de diversas sustancias, incluidos los iones, entre la célula y su entorno. El transporte de iones determina la tasa de intercambio de iones (o el coeficiente de transporte transmembrana), que, a su vez, controla las funciones biológicas, como la excitación nerviosa, los latidos del corazón, la contracción muscular y la secreción de hormonas. También puede ser anisotrópico, en el que una distribución no uniforme de iones provoca diferentes tasas de intercambio de iones en diferentes direcciones. Este efecto es bastante pronunciado en tejidos heterogéneos. Por lo tanto, los límites y la superposición de los tejidos pueden detectarse midiendo el transporte transmembrana anisotrópico asociado.
Los métodos de imágenes de fluorescencia y pinzamiento de parche se utilizan a menudo para este propósito. Si bien miden el transporte anisotrópico, estos métodos también dañan la estructura de la membrana celular. Por lo tanto, se requiere una técnica de detección no invasiva. Técnicas como la espectroscopia de impedancia eléctrica (EIS) solo pueden medir el transporte isotrópico. La tomografía de impedancia eléctrica (EIT), una versión mejorada de EIS, se ha aplicado en combinación con un modelo de transporte de iones para calcular los coeficientes de transporte transmembrana. Pero solo para una distribución uniforme de iones.
Recientemente, un grupo de investigadores, dirigido por Daisuke Kawashima, profesor asistente en el Instituto de Investigación Académica Avanzada de la Universidad de Chiba, midió el transporte transmembrana anisotrópico modificando la técnica EIT y mejorando el modelo de transporte de iones. Su trabajo se publicó en el Volumen 34, Número 3 de la revista de Ciencia y Tecnología de Medición el 22 de diciembre de 2022. Es coautor de dos profesores de la Universidad de Chiba: Masahiro Takei del Laboratorio de Visualización y Flujo Multifásico de la Escuela de Graduados de Ingeniería. y Takeshi Murata del Laboratorio de Química Bioestructural de la Escuela de Graduados en Ciencias.
El Prof. Kawashima explica brevemente la metodología de investigación. “Primero, se generó una distribución de iones no uniforme alrededor de un esferoide, un agregado de células que imita los tejidos, mediante la inyección de dos soluciones de sacarosa diferentes desde ambos lados. Después de eso, se realizó EIT utilizando un sensor de matriz de microelectrodos montado en una placa de circuito impreso. .”
Las soluciones eran de tres concentraciones, en relación con el agregado celular: isotónica, hipotónica e hipertónica. La técnica produjo con éxito imágenes que representan la distribución iónica no uniforme debida al transporte transmembrana anisotrópico. Posteriormente, los investigadores aplicaron el modelo de transporte de iones para calcular el coeficiente de transporte asociado y el factor anisotrópico. Este último fue de 0,34 ± 0,24 en combinaciones de solución iso-hipo, 0,58 ± 0,15 en iso-hipo y 0,23 ± 0,06 en hiper-hipo. Los investigadores verificaron estos resultados al observar las proporciones de fluorescencia de los iones de potasio, la especie más abundante involucrada en el transporte de iones celulares, alrededor del esferoide celular. Fueron consistentes con los valores de EIT para las tres combinaciones.
“En consecuencia, la tecnología de imágenes basada en EIT propuesta proporciona un método de medición de transporte transmembrana anisotrópico simple y no invasivo para células y tejidos. Puede medir de inmediato la respuesta al fármaco asociada con los canales iónicos, lo que lleva a pruebas preclínicas más eficientes y más cortas”. concluye el Prof. Kawashima.
Se espera que el modelo sirva como una nueva plataforma de evaluación para el descubrimiento médico al contribuir a la realización de un proceso rápido de desarrollo de fármacos.
Fuente:
Referencia de la revista:
Li, S., et al. (2022) Evaluación del vector de coeficiente de transporte transmembrana anisotrópico de célula-esferoide bajo campos de distribución de concentración de iones no homogéneos mediante tomografía de impedancia eléctrica. Ciencia y Tecnología de la Medición. doi.org/10.1088/1361-6501/acaa4a.
