Краситель, чувствительный к напряжению

Чувствительные к напряжению красители, также известные как потенциометрические красители, представляют собой красители, которые изменяют свои спектральные свойства в ответ на напряжение изменения. Они способны обеспечить линейные измерения импульсной активности одиночных нейронов, больших популяций нейронов или активности миоцитов. Многие физиологические процессы сопровождаются изменениями мембранного потенциала клетки , которые можно обнаружить с помощью красителей, чувствительных к напряжению. Измерения могут указывать на место происхождения потенциала действия, и могут быть получены измерения скорости и направления потенциала действия.

Потенциометрические красители используются для контроля электрической активности внутри клеточных органелл, где это не так. можно вставить электрод, например, митохондрии и дендритный шип. Эта технология особенно эффективна для изучения паттернов активности сложных многоклеточных препаратов. Это также делает возможным измерение пространственных и временных вариаций мембранного потенциала вдоль поверхности одиночных клеток.

• 1 Типы красителей
• 2 Примеры
• 3 Материалы
• 4 Сильные и слабые стороны
• 5 Использование
• 6 Ссылки

Зонды с быстрым откликом: это амфифильные окрашивающие мембраны красители, которые обычно имеют пару углеводородных цепей, действующих как якоря мембраны, и гидрофильную группу, которая выравнивает хромофор перпендикулярно границе раздела мембрана / вода. Считается, что хромофор претерпевает большой сдвиг электронного заряда в результате возбуждения от земли до возбужденного состояния, и это лежит в основе предполагаемого электрохромного механизма чувствительности этих красителей к мембранному потенциалу. Эта молекула (краситель) интеркалирует среди липофильной части биологических мембран. Эта ориентация гарантирует, что индуцированное возбуждением перераспределение заряда будет происходить параллельно электрическому полю внутри мембраны. Таким образом, изменение напряжения на мембране вызовет спектральный сдвиг в результате прямого взаимодействия между полем и землей и возбужденным состоянием дипольными моментами.

Новые красители напряжения могут воспринимать напряжение с высоким скорость и чувствительность с использованием фотоиндуцированного переноса электронов (PeT) через сопряженный молекулярный провод.

Зонды с медленным откликом: они демонстрируют потенциально-зависимые изменения в их трансмембранном распределении, которые сопровождаются изменением флуоресценции. Типичные зонды с медленным откликом включают катионные и родамины, а также ионные.

Обычно используемые красители, чувствительные к напряжению, представляют собой замещенные аминонафтилэтенилпиридиновые (ANEP) красители, такие как ди-4-ANEPPS, ди-8-ANEPPS и RH237. В зависимости от их химических модификаций, которые изменяют их физические свойства, они используются для различных экспериментальных процедур. Впервые они были описаны в 1985 году исследовательской группой Лесли Лоу. ANNINE-6plus - новейший чувствительный к напряжению краситель с быстрым откликом (нс время отклика ) и высоким напряжением чувствительность. Он был применен для измерения потенциалов действия одиночного t-канальца кардиомиоцитов Guixue Bu et al. Недавнее вычислительное исследование подтвердило, что на красители ANEP влияет только электростатическая среда, а не специфические молекулярные взаимодействия.

Основным материалом для визуализации активности мозга с помощью чувствительных к напряжению красителей являются красит себя. Эти чувствительные к напряжению красители являются липофильными и предпочтительно локализованы в мембранах с их гидрофобными хвостами. Они используются в приложениях, связанных с флуоресценцией или поглощением; они быстродействующие и способны обеспечить линейные измерения изменений мембранного потенциала.

В сочетании с красителями может использоваться различное специализированное оборудование, и выбор оборудования будет варьироваться в зависимости от особенностей препарата. По сути, оборудование будет включать в себя специализированные микроскопы и устройства визуализации, а также технические лампы или лазеры.

Сильные стороны визуализации мозговой активности с помощью чувствительных к напряжению красителей включают следующие возможности:

• Измерение сигналов популяции из многих областей может проводиться одновременно, и могут регистрироваться сотни нейронов. Такие многосайтовые записи могут предоставить точную информацию о возникновении и распространении потенциала действия (включая направление и скорость), а также обо всей ветвящейся структуре нейрона.
• Могут быть выполнены измерения спайковой активности в ганглии, вызывающей поведение и может предоставить информацию о том, как проявляется поведение.
• В некоторых препаратах фармакологические эффекты красителей могут быть полностью обращены, если удалить пипетку для окрашивания и дать нейрону 1-2 часа для восстановления.
• Красители можно использовать для анализа интеграции сигналов в терминальных дендритных ветвях. Чувствительные к напряжению красители предлагают единственную альтернативу генетически закодированным (например, производным белкам) для этого.

Слабые стороны визуализации активности мозга с помощью чувствительных к напряжению красителей включают следующие проблемы:

• Чувствительные к напряжению красители могут реагировать по-разному. от одного препарата к другому; обычно десятки красителей должны быть проверены для получения оптимального сигнала. параметры визуализации, такие как длина волны возбуждения, длина волны излучения, время воздействия, также должны быть оптимизированы
• Чувствительные к напряжению красители часто не проникают через соединительной ткани или перемещаться через внутриклеточные пространства к желаемой для исследования области мембраны. Окрашивание - серьезная проблема при нанесении этих красителей. Водорастворимые красители, такие как ANNINE-6plus, не страдают этой проблемой.
• Шум является проблемой для всех препаратов с чувствительными к напряжению красителями, а в некоторых препаратах сигнал может быть значительным. затемненный. Отношение сигнал / шум можно улучшить с помощью алгоритмов пространственной фильтрации или временной фильтрации. Существует множество таких алгоритмов; один алгоритм обработки сигналов можно найти в недавней работе с красителем ANNINE-6plus.
• Клетки могут постоянно подвергаться воздействию лечения. Возможны длительные фармакологические эффекты, и фотодинамика красителей может быть разрушительной.

Чувствительные к напряжению красители использовались для измерения нервной активности в нескольких областях нервной системы у различных организмов, включая гигантский аксон кальмара, усы соматосенсорной коры крысы, обонятельную луковицу саламандры, зрительную кору кошки, покров зрительного нерва лягушки и зрительная кора макаки-резуса.

• Потенциометрические красители: визуализация электрической активности клеточных мембран. Лесли М. Лоу. Pure Appl. Черн., Т. 68, No. 7, pp. 1405–1409.1996.