Elektrofizyoloji - Electrophysiology

Elektrofizyoloji (dan Yunan ἥλεκτρον , elektron , "sarı" [bakınız "elektron" etimolojisinin ] φύσις , physis'ten , "Doğa, kökeni" ve -λογία , -logia ) dalıdır fizyolojisi biyolojik çalışmalar elektriksel özellikleri hücreler ve dokular. Tek iyon kanallı proteinlerden kalp gibi tüm organlara kadar çok çeşitli ölçeklerde voltaj değişikliklerinin veya elektrik akımının veya manipülasyonların ölçümlerini içerir . Olarak nörolojik , bu elektriksel aktivitenin ölçümleri içerir nöronlar , özellikle, içinde, ve aksiyon potansiyeli aktivitesi. Elektroensefalografi gibi sinir sisteminden gelen büyük ölçekli elektrik sinyallerinin kayıtları da elektrofizyolojik kayıtlar olarak adlandırılabilir. Elektrodiagnoz ve izleme için faydalıdırlar .

"Mevcut Kelepçe" elektrofizyolojide yaygın bir tekniktir. Bu, akım enjeksiyonu ile depolarize edilmesi nedeniyle ateşlenen bir nöronun tam hücre akım kelepçesi kaydıdır.

Tanım ve kapsam

Klasik elektrofizyolojik teknikler

İlke ve mekanizmalar

Elektrofizyoloji, biyolojik dokulardaki iyon akışı ( iyon akımı ) ve özellikle bu akışın ölçülmesini sağlayan elektriksel kayıt teknikleri ile ilgili fizyolojinin dalıdır . Klasik elektrofizyoloji teknikleri, elektrotların çeşitli biyolojik doku preparatlarına yerleştirilmesini içerir . Başlıca elektrot türleri şunlardır:

  1. diskler ve iğneler gibi basit katı iletkenler (tekler veya diziler, genellikle uç hariç yalıtılmış),
  2. baskılı devre kartları veya esnek polimerler üzerindeki izler, ayrıca uç hariç yalıtılmıştır ve
  3. potasyum klorür çözeltisi veya başka bir elektrolit çözeltisi ile doldurulmuş cam pipetler gibi elektrolitle doldurulmuş içi boş tüpler .

Başlıca hazırlıklar şunları içerir:

  1. canlı organizmalar (örnek böceklerde ),
  2. eksize edilmiş doku (akut veya kültürlü),
  3. eksize edilmiş dokudan ayrışmış hücreler (akut veya kültürlenmiş),
  4. yapay olarak yetiştirilen hücreler veya dokular veya
  5. Yukarıdakilerin melezleri.

Nöronal elektrofizyoloji, sinir sistemi içindeki biyolojik hücre ve dokuların elektriksel özelliklerinin incelenmesidir. Nöronal elektrofizyoloji ile doktorlar ve uzmanlar, bireyin beyin aktivitesine bakarak nöronal bozuklukların nasıl olduğunu belirleyebilirler. Karşılaşılan herhangi bir durumda beynin hangi bölümlerinin aydınlandığı gibi aktivite. Bir elektrotun çapı yeterince küçükse (mikrometre), elektrofizyolog ucu tek bir hücreye yerleştirmeyi seçebilir. Bu tür bir yapılandırma doğrudan gözlem ve sağlar hücre içi kayıt ait hücre içi tek bir hücrenin elektrik aktivitesi. Ancak bu istilacı düzen, hücrenin ömrünü kısaltır ve hücre zarından madde sızıntısına neden olur. Hücre içi aktivite, elektrolit içeren özel olarak oluşturulmuş (içi boş) bir cam pipet kullanılarak da gözlemlenebilir. Bu teknikte, mikroskobik pipet ucu, cam ve hücre zarının lipidleri arasındaki bir etkileşimle sıkıca yapıştığı hücre zarına bastırılır. Pipet içindeki elektrolit, pipet kenarı tarafından çevrelenen küçük zar parçasını yırtmak için pipete bir negatif basınç darbesi ileterek sitoplazma ile sıvı sürekliliğine getirilebilir ( tam hücre kaydı ). Alternatif olarak, elektrolit içindeki eksojen gözenek oluşturucu ajanın kendilerini zar yamasına sokmasına izin vererek yamanın "delinmesiyle" iyonik süreklilik oluşturulabilir ( delikli yama kaydı ). Son olarak, yama bozulmadan bırakılabilir ( yama kaydı ).

Elektrofizyolog, ucu tek bir hücreye sokmamayı seçebilir. Bunun yerine elektrot ucu, hücre dışı boşlukla süreklilik içinde bırakılabilir. Uç yeterince küçükse, böyle bir konfigürasyon, tek birimli kayıt olarak adlandırılan tek bir hücreden aksiyon potansiyellerinin dolaylı olarak gözlemlenmesine ve kaydedilmesine izin verebilir . Hazırlık ve kesin yerleştirmeye bağlı olarak, hücre dışı bir konfigürasyon, çok birimli kayıt olarak adlandırılan, aynı anda birkaç yakın hücrenin aktivitesini alabilir .

Elektrot boyutu arttıkça, çözme gücü azalır. Daha büyük elektrotlar, yalnızca yerel alan potansiyelleri olarak adlandırılan birçok hücrenin net aktivitesine duyarlıdır . Klinik ve cerrahi nörofizyologlar tarafından kullanılan yalıtılmamış iğneler ve yüzey elektrotları gibi daha da büyük elektrotlar, sayıları milyonları bulan hücre popülasyonlarında yalnızca belirli türdeki senkron aktiviteye duyarlıdır.

Diğer klasik elektrofizyolojik teknikler, tek kanallı kayıt ve amperometriyi içerir .

Vücut bölümlerine göre elektrografik modaliteler

Genel olarak elektrofizyolojik kayıt bazen elektrografi ( elektro- +- grafiden , "elektriksel kayıt") olarak adlandırılır ve bu şekilde üretilen kayıt bir elektrogramdır. Bununla birlikte, elektrografi kelimesinin başka anlamları vardır ( elektrofotografi dahil ) ve belirli elektrofizyolojik kayıt türleri genellikle elektro- + [vücut parçası birleştirme formu ] + -grafi (kısaltma ExG) modeli üzerine inşa edilmiş belirli isimlerle adlandırılır . Buna bağlı olarak, elektrogram kelimesi (bu diğer duyular için gerekli değildir ) genellikle, bir elektrokardiyograma benzeyen ancak sadece invaziv olmayan lead'lerden (ciltte) ziyade bazı invaziv lead'lere (kalbin içinde) sahip olan intrakardiyak elektrogramın özel anlamını taşır. Klinik teşhis amaçlı elektrofizyolojik kayıt , elektrodiagnostik test kategorisine dahildir . Çeşitli "ExG" modları aşağıdaki gibidir:

modalite Kısaltma Vücut parçası Klinik kullanımda yaygınlık
elektrokardiyografi EKG veya EKG kalp (özellikle kalp kası ), kutanöz elektrotlarla (invaziv olmayan) 1-çok yaygın
elektroatriografi EAG atriyal kalp kası 3-nadiren
elektroventrikülografi EVG ventriküler kalp kası 3-nadiren
intrakardiyak elektrogram EGM kalp (özellikle kalp kası ), intrakardiyak elektrotlarla (invaziv) 2-biraz yaygın
elektroensefalografi EEG ekstrakraniyal elektrotlarla beyin (genellikle serebral korteks ) 2-biraz yaygın
elektrokortikografi ECoG veya iEEG beyin (özellikle serebral korteks), intrakraniyal elektrotlarla 2-biraz yaygın
elektromiyografi EMG vücuttaki kaslar (genellikle iskelet , bazen düz ) 1-çok yaygın
elektrookülografi EOG göz — tüm küre 2-biraz yaygın
elektroretinografi ERG göz - özellikle retina 2-biraz yaygın
elektronistagmografi TR göz — korneoretinal potansiyel aracılığıyla 2-biraz yaygın
elektroolfaktografi EOG memelilerde koku alma epiteli 3-nadiren
elektroantennografi EAG eklembacaklıların antenlerindeki koku alma reseptörleri 4—klinik olarak uygulanamaz
elektrokokleografi ECOG veya ECochG koklea 2-biraz yaygın
elektrogastrografi YUMURTA mide düz kası 2-biraz yaygın
elektrogastroenterografi EGEG mide ve bağırsak düz kası 2-biraz yaygın
elektroglottografi YUMURTA glottis 3-nadiren
elektropalatografi EPG dilin damak teması 3-nadiren
elektroarteriyografi EAG deri yoluyla algılanan akış potansiyeli yoluyla arteriyel akış 3-nadiren
elektroblefarografi EBG göz kapağı kası 3-nadiren
elektrodermografi EDG deri 3-nadiren
elektrohisterografi EHG rahim 3-nadiren
elektronöronografi ENeG veya ENoG sinirler 3-nadiren
elektropnömografi EPG akciğerler (göğüs hareketleri) 3-nadiren
elektrospinografi ESG omurilik 3-nadiren
elektrovomerografi EVG vomeronazal organ 3-nadiren

Optik elektrofizyolojik teknikler

Klasik tekniklerin ana sınırlamalarından birinin üstesinden gelmek için bilim adamları ve mühendisler tarafından optik elektrofizyolojik teknikler oluşturuldu. Klasik teknikler, bir doku hacmi içinde yaklaşık olarak tek bir noktada elektriksel aktivitenin gözlemlenmesine izin verir. Klasik teknikler, dağıtılmış bir fenomeni tekilleştirir. Biyoelektrik aktivitenin uzaysal dağılımına olan ilgi, elektriksel veya kimyasal ortamlarına tepki olarak ışık yayabilen moleküllerin gelişimini tetikledi. Örnekler, voltaja duyarlı boyalar ve floresan proteinlerdir.

Perfüzyon, enjeksiyon veya gen ekspresyonu yoluyla bir veya daha fazla bu tür bileşiklerin dokuya verilmesinden sonra, elektriksel aktivitenin 1 veya 2 boyutlu dağılımı gözlemlenebilir ve kaydedilebilir.

hücre içi kayıt

Hücre içi kayıt , bir hücrenin zarı boyunca voltaj ve/veya akımın ölçülmesini içerir. Hücre içi bir kayıt yapmak için, zar potansiyelinin ölçülebilmesi için ince (keskin) bir mikro elektrotun ucu hücrenin içine yerleştirilmelidir . Tipik olarak, sağlıklı bir hücrenin dinlenme zar potansiyeli -60 ila -80 mV olacaktır ve bir aksiyon potansiyeli sırasında zar potansiyeli +40 mV'a ulaşabilir. 1963'te Alan Lloyd Hodgkin ve Andrew Fielding Huxley , nöronlarda aksiyon potansiyellerinin oluşumunun altında yatan mekanizmaları anlamaya katkılarından dolayı Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü'nü kazandı. Deneyleri , Atlantik kalamarının ( Loligo pealei ) dev aksonundan hücre içi kayıtları içeriyordu ve "voltaj kelepçesi" tekniğinin ilk uygulamaları arasındaydı. Günümüzde, hücre içi kayıt için kullanılan çoğu mikroelektrot, uç çapı < 1 mikrometre olan ve birkaç megohm dirence sahip cam mikropipetlerdir. Mikropipetler, hücrenin hücre içi sıvısına benzer bir iyonik bileşime sahip bir çözelti ile doldurulur. Pipete yerleştirilen klorürlü gümüş bir tel, elektroliti elektriksel olarak amplifikatöre ve sinyal işleme devresine bağlar. Elektrot tarafından ölçülen voltaj, genellikle hücre etrafındaki hücre dışı sıvı ile temas halinde olan bir gümüş klorür kaplı gümüş tel olan bir referans elektrotun voltajıyla karşılaştırılır. Genel olarak, elektrot ucu ne kadar küçükse, elektrik direnci o kadar yüksek olur , bu nedenle bir elektrot, boyut (hücreye minimum hasarla tek bir hücreye nüfuz edecek kadar küçük) ve direnç (küçük nöronal sinyallerin alınabilmesi için yeterince düşük) arasında bir uzlaşmadır. elektrot ucundaki termal gürültüden fark edilir).

Gerilim kelepçesi

Voltaj kelepçesi, negatif bir geri besleme mekanizması kullanır. Membran potansiyel yükselticisi, membran voltajını ölçer ve çıktıyı geri besleme yükselticisine gönderir. Geri besleme amplifikatörü, sinyal üretecinden aldığı komut voltajından membran voltajını çıkarır. Bu sinyal yükseltilir ve kayıt elektrotu aracılığıyla hücreye geri gönderilir.

Voltaj kıskaç tekniği, bir deneycinin hücre potansiyelini seçilen bir değerde "kenetlemesine" izin verir . Bu , herhangi bir voltajda hücre zarından ne kadar iyonik akımın geçtiğini ölçmeyi mümkün kılar . Bu önemlidir, çünkü bir nöronun zarındaki iyon kanallarının çoğu, yalnızca zar voltajı belirli bir aralıkta olduğunda açılan voltaj kapılı iyon kanallarıdır . Akımın voltaj kelepçesi ölçümleri, kayıt elektrotu olarak geçen geçici kapasitif akımların neredeyse aynı anda dijital olarak çıkarılması ve hücrenin potansiyelini değiştirmek için hücre zarı şarj edilmesiyle mümkün olur.

Akım kelepçesi

Akım kıskaç tekniği , kayıt elektrotu aracılığıyla bir hücreye akım enjekte ederek membran potansiyelini kaydeder. Membran potansiyelinin deneyci tarafından belirlenen bir seviyede tutulduğu voltaj kenetleme modundan farklı olarak, "akım kıskaç" modunda zar potansiyeli serbesttir ve amplifikatör, hücrenin kendi başına veya bir olarak ürettiği voltajı ne olursa olsun kaydeder. stimülasyonun sonucu. Bu teknik, elektrik akımı bir hücreye girdiğinde bir hücrenin nasıl tepki verdiğini incelemek için kullanılır; bu, örneğin nöronların membran iyon kanallarını açarak hareket eden nörotransmitterlere nasıl tepki verdiğini anlamak için önemlidir .

Akım kıskaçlı amplifikatörlerin çoğu, hücreden kaydedilen voltaj değişikliklerinin çok az amplifikasyonunu sağlar veya hiç sağlamaz. "Amplifikatör" aslında bir elektrometredir ve bazen "birlik kazanç amplifikatörü" olarak adlandırılır; asıl amacı, hücreler tarafından üretilen küçük sinyaller (mV aralığında) üzerindeki elektrik yükünü, düşük empedanslı elektronikler tarafından doğru bir şekilde kaydedilebilmeleri için azaltmaktır . Amplifikatör, üzerinden akımın geçtiği direnci azaltırken sinyalin arkasındaki akımı arttırır. Ohm yasasına dayanan bu örneği ele alalım: 1 direnç üzerinden 10 nanoamper akım geçirilerek 10 mV'luk bir voltaj üretilir . Elektrometre, bir voltaj takip devresi kullanarak bu "yüksek empedans sinyalini" bir "düşük empedans sinyaline" değiştirir . Bir voltaj takipçisi, girişteki voltajı okur (büyük bir dirençten geçen küçük bir akımın neden olduğu ). Daha sonra arkasında büyük bir akım kaynağı olan (elektrik şebekesi) bir paralel devreye talimat verir ve bu paralel devrenin direncini aynı çıkış voltajını verecek, ancak daha düşük bir direnç boyunca verecek şekilde ayarlar.

Patch-kelepçe kaydı

Hücreye bağlı yama kelepçesi , tek bir iyon kanalından kayıt yapılmasına izin vermek için hücre zarına bağlı bir mikropipet kullanır.

Bu teknik, 1991'de Nobel Ödülü'nü alan Erwin Neher ve Bert Sakmann tarafından geliştirilmiştir . Konvansiyonel hücre içi kayıt, bir hücrenin ince bir elektrotla delinmesini içerir; patch-clamp kaydı farklı bir yaklaşım benimser. Bir yama-kelepçe mikroelektrot, nispeten büyük bir uç çapına sahip bir mikropipettir. Mikroelektrot bir hücrenin yanına yerleştirilir ve hücre zarının bir parçasını ('yama') mikroelektrot ucuna çekmek için mikroelektrot üzerinden hafif bir emme uygulanır; cam uç, hücre zarı ile yüksek dirençli bir 'mühür' oluşturur. Bu konfigürasyon "hücreye bağlı" moddur ve zar yaması içinde bulunan iyon kanallarının aktivitesini incelemek için kullanılabilir. Şimdi daha fazla emme uygulanırsa, elektrot ucundaki küçük zar parçası yer değiştirebilir ve elektrot hücrenin geri kalanına kapalı kalır. Bu "tüm hücre" modu, çok kararlı hücre içi kayıt sağlar. Bir dezavantaj (keskin elektrotlarla geleneksel hücre içi kayıtla karşılaştırıldığında), hücrenin hücre içi sıvısının, kayıt elektrotunun içindeki çözeltiyle karışması ve böylece hücre içi sıvının bazı önemli bileşenlerinin seyreltilebilmesidir. Bu tekniğin bir çeşidi olan "delikli yama" tekniği, bu sorunları en aza indirmeye çalışır. Membran yamasını elektrot ucundan çıkarmak için emme uygulamak yerine, gözenek oluşturucu maddelerle yama üzerinde küçük delikler açmak da mümkündür, böylece proteinler gibi büyük moleküller hücre içinde kalabilir ve iyonlar deliklerden serbestçe geçebilir . Ayrıca zar yaması hücrenin geri kalanından çekilebilir. Bu yaklaşım, yamanın membran özelliklerinin farmakolojik olarak analiz edilmesini sağlar.

Keskin elektrot kaydı

Hücre zarı içindeki potansiyelin, hücre içi sıvının iyonik yapısı üzerinde minimum etki ile kaydedilmek istendiği durumlarda, keskin bir elektrot kullanılabilir. Bu mikropipetler (elektrotlar) yine cam kılcal damarlardan çekilen yama kıskacı için olanlara benzer, ancak gözenek çok daha küçüktür, bu nedenle hücre içi sıvı ile pipet içindeki elektrolit arasında çok az iyon değişimi olur. Mikropipet elektrotunun elektrik direnci, yama klemplemede kullanılan hücre içi iyonik konsantrasyonları taklit eden bir tuz konsantrasyonu yerine 2-4M KCl ile doldurularak azaltılır. Genellikle elektrotun ucu, daha sonra mikroskop altında morfolojilerinin doğrulanması için kaydedilen hücreleri doldurmak için Lucifer sarısı gibi çeşitli boyalarla doldurulur. Boyalar, boyanın polaritesine bağlı olarak elektrotlara pozitif veya negatif, DC veya darbeli voltaj uygulanarak enjekte edilir.

hücre dışı kayıt

Tek birimli kayıt

Canlı bir hayvanın beynine yerleştirilen bir elektrot, elektrot ucuna bitişik nöronlar tarafından üretilen elektriksel aktiviteyi tespit edecektir. Elektrot, uç boyutu yaklaşık 1 mikrometre olan bir mikro elektrot ise, elektrot genellikle en fazla bir nöronun aktivitesini tespit edecektir. Bu şekilde kaydetmeye genel olarak "tek birimli" kayıt denir. Kaydedilen aksiyon potansiyelleri, hücre içinde kaydedilen aksiyon potansiyellerine çok benzer, ancak sinyaller çok daha küçüktür (tipik olarak yaklaşık 1 mV). Anestezi uygulanmış ve bilinci açık hayvanlarda tek nöronların aktivitesinin çoğu kaydı bu şekilde yapılır. Canlı hayvanlardaki tek nöronların kayıtları, beynin bilgiyi nasıl işlediğine dair önemli bilgiler sağlamıştır. Örneğin, David Hubel ve Torsten Wiesel , anestezi uygulanmış kedinin birincil görsel korteksindeki tek nöronların aktivitesini kaydettiler ve bu alandaki tek nöronların görsel bir uyarıcının çok özel özelliklerine nasıl tepki verdiğini gösterdiler. Hubel ve Wiesel, 1981'de Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü'ne layık görüldü.

Çok birimli kayıt

Elektrot ucu biraz daha büyükse, elektrot birkaç nöron tarafından üretilen aktiviteyi kaydedebilir. Bu kayıt türü genellikle "çoklu birimli kayıt" olarak adlandırılır ve genellikle bilinçli hayvanlarda normal aktivite sırasında ayrı bir beyin bölgesindeki aktivitedeki değişiklikleri kaydetmek için kullanılır. Yakın aralıklarla yerleştirilmiş bu tür bir veya daha fazla elektrottan alınan kayıtlar, etrafındaki hücre sayısının yanı sıra hangi sivri uçlardan hangisinin hangi hücreden geldiğini belirlemek için kullanılabilir. Bu işleme başak ayırma denir ve iyi tanımlanmış başak özelliklerine sahip tanımlanmış hücre türlerinin bulunduğu alanlar için uygundur. Elektrot ucu daha büyükse, genel olarak bireysel nöronların aktivitesi ayırt edilemez, ancak elektrot yine de birçok hücrenin aktivitesi tarafından üretilen bir alan potansiyelini kaydedebilecektir.

alan potansiyelleri

Sıçan hipokampüsünden bir alan potansiyeli kaydını gösteren şematik bir diyagram. Solda bir presinaptik terminal ve postsinaptik nöronun şematik bir diyagramıdır . Bu, büyük bir sinaps ve nöron popülasyonunu temsil etmek içindir. Sinaps, postsinaptik hücreye glutamat saldığında, iyonotropik glutamat reseptör kanallarını açar. Net akım akışı içe doğrudur, bu nedenle bir akım havuzu oluşturulur. Yakındaki bir elektrot (#2) bunu bir olumsuzluk olarak algılar. Bir hücre içi hücre gövdesi (# 1) içine yerleştirilen bir elektrot gelen akım nedenlerden membran potansiyel değişimini kaydeder.

Hücre dışı alan potansiyelleri , birçok hücrenin toplu aktivitesi tarafından üretilen yerel akım havuzları veya kaynaklarıdır. Genellikle, birçok nöronun sinaptik iletim ile aynı anda aktivasyonu ile bir alan potansiyeli üretilir . Sağdaki diyagram hipokampal sinaptik alan potansiyellerini gösterir. Sağda, alt iz, postsinaptik glutamat reseptörleri yoluyla hücrelere giren pozitif yüklerin neden olduğu bir akım havuzuna karşılık gelen negatif bir dalgayı gösterirken , üst iz, hücreyi terk eden akımın (hücrede) ürettiği pozitif bir dalgayı gösterir. gövde) devreyi tamamlamak için. Daha fazla bilgi için yerel alan potansiyeline bakın .

Amperometri

Amperometri , biyolojik bir çözeltinin oksitlenmiş bileşenlerinin kimyasal bileşimindeki değişiklikleri kaydetmek için bir karbon elektrot kullanır. Oksidasyon ve indirgeme, "tarama" olarak bilinen bir işlemde kayıt elektrotunun aktif yüzeyindeki voltajın değiştirilmesiyle gerçekleştirilir. Bazı beyin kimyasalları karakteristik voltajlarda elektron kaybettiği veya kazandığı için, bireysel türler tanımlanabilir. Amperometri, sinir ve endokrin sistemlerinde ekzositozu incelemek için kullanılmıştır. Birçok monoamin nörotransmitter ; örneğin norepinefrin (noradrenalin), dopamin ve serotonin (5-HT) oksitlenebilir. Yöntem ayrıca oksitlenebilir nörotransmitterleri 5-HT veya dopamin ile "yükleyerek" salgılamayan hücrelerle de kullanılabilir.

Düzlemsel yama kelepçesi

Düzlemsel yama kelepçesi, yüksek verimli elektrofizyoloji için geliştirilmiş yeni bir yöntemdir. Yapışkan bir hücre üzerine bir pipet yerleştirmek yerine, hücre süspansiyonu mikro yapılı bir açıklık içeren bir çip üzerine pipetlenir . Daha sonra deliğe tek bir hücre emilerek yerleştirilir ve sıkı bir bağlantı (Gigaseal) oluşturulur. Düzlemsel geometri, klasik deneye kıyasla çeşitli avantajlar sunar:

Diğer yöntemler. Diğer metodlar

Katı destekli membran (SSM) bazlı

Bu elektrofizyolojik yaklaşımla, ilgilenilen kanalı veya taşıyıcıyı içeren proteo lipozomlar , zar kesecikleri veya zar parçaları, işlevselleştirilmiş bir elektrot üzerine boyanmış bir lipit tek tabakasına adsorbe edilir. Bu elektrot bir cam destek, bir krom tabakası, bir altın tabakası ve bir oktadesil merkaptan tek tabakasından oluşur . Boyalı membran elektrot tarafından desteklendiğinden, katı destekli membran olarak adlandırılır. Genellikle biyolojik bir lipid zarını yok eden mekanik bozulmaların bir SSM'nin yaşam süresini etkilemediğini belirtmek önemlidir. Kapasitif (SSM ve emilen veziküllerin oluşan) elektrot böylece mekanik çözümler hızla yüzeyinde değiş tokuş edilebileceği stabildir. Bu özellik, veziküller ve elektrot arasındaki kapasitif bağlantı yoluyla ölçülen, ilgilenilen proteinin elektrojenik aktivitesini araştırmak için hızlı substrat/ligand konsantrasyonu sıçramalarının uygulanmasına izin verir.

Biyoelektrik tanıma testi (BERA)

Biyoelektrik tanıma deneyi (BERA), bir jel matrisinde hareketsiz hale getirilmiş hücrelerin zar potansiyelindeki değişiklikleri ölçerek çeşitli kimyasal ve biyolojik moleküllerin belirlenmesi için yeni bir yöntemdir. Elektrot-hücre ara yüzünün artan stabilitesinin yanı sıra, immobilizasyon hücrelerin canlılığını ve fizyolojik fonksiyonlarını korur. BERA, öncelikle biyosensör uygulamalarında , hücre zarı potansiyelini değiştirerek hareketsizleştirilmiş hücrelerle etkileşime girebilen analitleri test etmek için kullanılır . Bu şekilde sensöre pozitif bir numune eklendiğinde, elektrik potansiyelinde karakteristik, "imza benzeri" bir değişiklik meydana gelir. BERA, Avrupa'da pestisit ve gıda risk değerlendirmesi hakkında yakın zamanda başlatılan pan-Avrupa FOODSCAN projesinin arkasındaki temel teknolojidir. BERA, insan virüslerinin ( hepatit B ve C virüsleri ve herpes virüsleri), veteriner hastalık ajanlarının ( ayak ve ağız hastalığı virüsü, prionlar ve mavi dil virüsü ) ve bitki virüslerinin (tütün ve salatalık virüsleri) tespiti için kullanılmıştır. spesifik, hızlı (1-2 dakika), tekrarlanabilir ve uygun maliyetli moda. Yöntem aynı zamanda gıdadaki pestisitler ve mikotoksinler gibi çevresel toksinlerin ve mantar ve şarapta 2,4,6-trikloroanisol gibi çevresel toksinlerin tespitinin yanı sıra klinik örneklerde süperoksit anyonunun çok düşük konsantrasyonlarının belirlenmesi için de kullanılmıştır. .

Bir BERA sensörünün iki parçası vardır:

  • Tüketilebilir biyolojik tanıma öğeleri
  • Gömülü yapay zekaya sahip elektronik okuma cihazı .

Yakın tarihli bir ilerleme, membran mühendisliği (MIME) yoluyla moleküler tanımlama adı verilen bir tekniğin geliştirilmesidir. Bu teknik, binlerce yapay reseptörü hücre zarına gömerek, hemen hemen her ilgi konusu molekül için tanımlanmış özgüllüğe sahip hücreler oluşturmaya izin verir.

hesaplamalı elektrofizyoloji

Kesinlikle deneysel ölçüm teşkil etmemekle birlikte, yöntem, protein ve biyomembranlar iletken özelliklerini incelemek için geliştirilmiştir siliko . Bunlar esas olarak , bir lipit çift tabakası gibi bir model sistemin harici olarak uygulanan bir voltaja tabi tutulduğu moleküler dinamik simülasyonlarıdır . Bu kurulumları kullanan çalışmalar , membranların elektroporasyonu ve kanallarla iyon translokasyonu gibi dinamik olayları inceleyebildi .

Bu tür yöntemlerin yararı, atomistik simülasyonun sağladığı doğal olarak yüksek çözünürlük ve veri yoğunluğu tarafından verilen aktif iletim mekanizmasının yüksek ayrıntı düzeyidir. Modelin meşruiyetinin belirsizliği ve sistemlerin kendilerinin makroskopik özelliklerini yeniden ürettiğinin düşünülmesi için yeterince büyük ve yeterli zaman çizelgelerini aşan modelleme sistemlerinin hesaplama maliyeti tarafından verilen önemli dezavantajlar vardır. Atomistik simülasyonlar mikrosaniye alanına yakın veya mikrosaniye alanına yakın zaman ölçeklerine erişebilirken, bu hala yama sıkıştırma gibi deneysel yöntemlerin çözünürlüğünden bile birkaç büyüklük mertebesi daha düşüktür.

Klinik elektrofizyoloji

Klinik elektrofizyoloji , elektrofizyolojik ilkelerin ve teknolojilerin insan sağlığına nasıl uygulanabileceğinin incelenmesidir. Örneğin, klinik kardiyak elektrofizyoloji , kalp ritmini ve aktivitesini yöneten elektriksel özelliklerin incelenmesidir. Kardiyak elektrofizyoloji, aritmi (düzensiz kalp atışı) gibi bozuklukları gözlemlemek ve tedavi etmek için kullanılabilir . Örneğin, bir doktor kalp kasının elektriksel aktivitesini kaydetmek için kalbe elektrot içeren bir kateter yerleştirebilir.

Klinik elektrofizyolojinin başka bir örneği klinik nörofizyolojidir . Bu tıp uzmanlığında doktorlar beyin , omurilik ve sinirlerin elektriksel özelliklerini ölçer . Duchenne de Boulogne (1806–1875) ve Nathaniel A. Buchwald (1924–2006) gibi bilim adamlarının , klinik uygulamalarını mümkün kılan nörofizyoloji alanını büyük ölçüde ilerlettikleri düşünülmektedir .

Klinik raporlama kılavuzları

Minimum Bilgi (MI) standartları veya raporlama kılavuzları , bir klinik çalışmada belirli bir amacı veya amaçları karşılamak için gereken minimum meta veri (bilgi) ve veri miktarını belirtir . "Nörobilim araştırması hakkında Asgari Bilgi" (MINI) raporlama kılavuz belgeleri ailesi, bir elektrofizyoloji deneyini bildirmek için tutarlı bir kılavuzlar seti sağlamayı amaçlar. Pratikte bir MINI modülü, bir veri seti yayınlanmak üzere açıklandığında sağlanması gereken (örneğin kullanılan protokoller hakkında) bilgilerin bir kontrol listesini içerir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar