La membrane cellulaire possède de nombreux canaux pour le transport de diverses substances, dont les ions, entre la cellule et son environnement. Le transport ionique détermine le taux d’échange ionique (ou le coefficient de transport transmembranaire), qui, à son tour, contrôle les fonctions biologiques, telles que l’excitation nerveuse, le rythme cardiaque, la contraction musculaire et la sécrétion hormonale. Il peut également être anisotrope, dans lequel une distribution non uniforme des ions provoque différents taux d’échange d’ions dans différentes directions. Cet effet est assez prononcé dans les tissus hétérogènes. Par conséquent, les limites et le chevauchement des tissus peuvent être détectés en mesurant le transport transmembranaire anisotrope associé.
L’imagerie par fluorescence et les méthodes de patch-clamp sont souvent utilisées à cette fin. Bien qu’elles mesurent le transport anisotrope, ces méthodes endommagent également la structure de la membrane cellulaire. Par conséquent, une technique de détection non invasive est nécessaire. Des techniques telles que la spectroscopie d’impédance électrique (EIS) ne peuvent mesurer que le transport isotrope. La tomographie par impédance électrique (EIT), une version améliorée de l’EIS, a été appliquée en combinaison avec un modèle de transport ionique pour calculer les coefficients de transport transmembranaire. Mais seulement pour une distribution uniforme des ions.
Récemment, un groupe de chercheurs, dirigé par Daisuke Kawashima, professeur adjoint à l’Institute for Advanced Academic Research de l’Université de Chiba, a mesuré le transport transmembranaire anisotrope en modifiant la technique EIT et en améliorant le modèle de transport ionique. Leur travail a été publié dans le volume 34, numéro 3 de la revue Measurement Science and Technology le 22 décembre 2022. Il est co-écrit par deux professeurs de l’Université de Chiba – Masahiro Takei du Laboratoire sur l’écoulement multiphase et la visualisation de la Graduate School of Engineering et Takeshi Murata du Laboratoire de chimie biostructurale de la Graduate School of Sciences.
Le professeur Kawashima explique brièvement la méthodologie de recherche. « Tout d’abord, une distribution d’ions non uniforme a été générée autour d’un sphéroïde ; agrégat de cellules qui imite les tissus ; en injectant deux solutions de saccharose différentes des deux côtés. Ensuite, l’EIT a été réalisée à l’aide d’un capteur à matrice de microélectrodes monté sur une carte de circuit imprimé. . »
Les solutions étaient de trois concentrations, par rapport à l’agrégat cellulaire : isotonique, hypotonique et hypertonique. La technique a produit avec succès des images illustrant la distribution non uniforme des ions due au transport transmembranaire anisotrope. Par la suite, les chercheurs ont appliqué le modèle de transport ionique pour calculer le coefficient de transport et le facteur anisotrope associés. Cette dernière était de 0,34 ± 0,24 en iso-hyper, de 0,58 ± 0,15 en iso-hypo et de 0,23 ± 0,06 en hyper-hypo solutions. Les chercheurs ont vérifié ces résultats en observant les rapports de fluorescence des ions potassium-;l’espèce la plus abondante impliquée dans le transport des ions cellulaires-;autour du sphéroïde cellulaire. Ils étaient cohérents avec les valeurs EIT pour les trois combinaisons.
« Par conséquent, la technologie d’imagerie basée sur l’EIT proposée fournit une méthode de mesure du transport transmembranaire anisotrope simple et non invasive pour les cellules et les tissus. Elle peut mesurer immédiatement la réponse médicamenteuse associée aux canaux ioniques, conduisant à des tests précliniques plus efficaces et plus courts. conclut le professeur Kawashima.
Le modèle devrait servir de nouvelle plate-forme d’évaluation pour la découverte médicale en contribuant à la réalisation d’un processus de développement rapide de médicaments.
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