Измерения электрических характеристик ооцитов млекопитающих

Описана разработка технологий клеточной инженерии, в которых используются различные режимы электропорации и требуется знание электрических характеристик живых клеток. Рассмотрен вопрос о видовых особенностях электрических характеристик живых клеток различных животных класса млекопитающих. Методом импульсной кондуктометрии в электрическом поле возрастающей напряжённости измерены электрические характеристики (проводимость, напряжённость) при электропорации и электропробое мембран ооцитов млекопитающих видов: Mus musculus (мышь), Oryctolagus cuniculus (кролик), Sus scrofa (свинья), Bos taurus (корова) и Homo sapiens (человек). Выполненматематический анализ экспериментальных зависимостей проводимости ооцитов млекопитающих на основе полиномиальной аппроксимации. По максимальной кривизне, а также точкам перегиба и локальным экстремумам аппроксимирующих полиномов получены электрические характеристики ооцитов – электропробой мембраны и степени обратимой электропорации соответственно. Установлены значимые видовые различия измеренных электрических характеристик исследованных ооцитов. По результатам измерений обнаружена существенная видовая специфичность электрических характеристик, отражающих различную устойчивость ооцитов к электропробою и степень обратимой электропорации мембран, что, вероятно, связано с особенностями липидного состава мембран ооцитов, целостностью структуры цитоскелета, а также резистентностью клеток в целом к воздействию импульсного поля. Полученные результаты будут полезны при реализации различных режимов электроманипуляций с живой клеткой – электротрансфекции дезоксирибонуклеиновой кислоты, генов, электрослияния, а также для точечного лизиса клеток с утраченным механизмом апоптоза. 

1. Сканави Г. И. Физика диэлектриков (область сильных полей). М.: Физматлит, 1958. 907 с.

2. Франц В. Пробой диэлектриков: Пер. с нем. Е. А. Афанасьевой; под ред. В. А. Чуенкова. М.: ИИЛ, 1961. 207 с.

3. Ушаков В. Я. Импульсный электрический пробой жидкостей. Томск: Изд-во ТГУ, 1975. 256 с.

4. Адамчевский И. Электрическая проводимость жидких диэлектриков. Л.: Энергия, 1977. 295 с.

5. Бейер М., Бек В., Меллер К., Цаенгль В. Техника высоких напряжений: теоретические и практические основы применения: Пер. с нем. И. П. Кужекина; под ред. В. П. Ларионова. М.: Энергоатомиздат, 1989. 560 с.

6. Долгинов А. И. Техника высоких напряжений в электроэнергетике. М.: Энергия, 1968. 464 с.

7. Kramar P., Miklavčič D., Lebar A. M., Bioelectrochemistry, 2007, vol. 70, no 1, pp. 23–27. https://doi.org/10.1007/978-3-540-73044-6_147

8. Карпунин Д. В. Исследование свойств бислойных липидных мембран, содержащих лизолипиды и холестерин: автореф. дис. канд. физ.-мат. наук (МФТИ, Москва, 2005).

9. Богатырева Н. Э. Одиночные поры бислойных липидных мембран в температурной области фазового перехода гель-жидкий кристалл: автореф. дис. канд. физ.-мат. наук (Московская медицинская академия им. И. М. Сеченова), Москва, 1999).

10. Chan K. L., Gascoiyne R. C., Becker F. F., Pethig R. Biochim. Biophys. Acta, 1997, vol. 1349, pp. 182–96. https://doi.org/10.1016/s0005-2760(97)00092-1

11. Advances in Planar Lipid Bilayers and Liposomes, The Elsevier book-series, vol. 21, 1st edition, eds. Ales Iglic, Chandrashekhar Kulkarni, Michael Rappolt, Academic Press, 2015, 360 р.

12. Di Muzio M., Millan-Solsona R., Dols-Perez A. et al. Journal of Nanobiotechnology, 2021, vol. 19, 167. https://doi.org/10.1186/s12951-021-00912-6

13. Галимзянов Т. Р., Молотковский Р. Ю., Калуцкий М. А. и др. Латеральное взаимодействие влияет на кинетику метастабильных сквозных пор в липидных мембранах // Биологические мембраны: Журнал мембранной и клеточной биологии. 2020. T. 37. № 2. С. 83–93. https://doi.org/10.31857/S0233475520010053

14. Шигимага В. А. Импульсная кондуктометрия клеток животных и жидких сред: монография. Харьков: ТОВ Планета-Принт, 2021. 345 с.

15. Шигимага В. А. Импульсная кондуктометрия в изменяемом электрическом поле: перспективы развития измерений // Измерительная техника. 2014. № 10. С. 65–68. https://doi.org/10.1007/s11018-015-0605-6 ]

16. Шигимага В. А. Измерения ёмкости биологической клетки импульсным методом // Измерительная техника. 2014. № 2. С. 69–72. https://doi.org/10.1007/s11018-014-0433-0 ]

17. Шигимага В. А., Мегель Ю. Е. Исследование проводимости клеток при изменении осмотической концентрации среды // Восточно-европейский журнал передовых технологий. 2011. № 2/5(50). С. 53–55.

18. Miklavčič D. Handbook of Electroporation, 1st ed. Springer Inter Publ., Switzerland, 2017, 2956 p. https://doi.org/10.1007/978-3-319-32886-7

19. Smolyaninova E. I., Shigimaga V. A., Strikha O. A. et al. Effect of cryopreservation stages by vitrifi cation in ethylene glycol and sucrose medium on 2-cell murine embryos electric conductivity, Problems of Cryobiology and Cryomedicine, 2013, vol. 23(3), pp. 228–239.

20. Craven L., Tang M.-X., Gorman G. S. et al. Human Reproduction Update, 2017, vol. 23(5), pp. 501–519. https://doi.org/10.1093/humupd/dmx018

21. Шигимага В. А. Импульсный кондуктометр для биологических клеток и жидких сред // Измерительная техника. 2012. № 11. С. 45–49. https://doi.org/10.1007/s11018-013-0124-2 ]

22. Hyslop L., Blakeley P., Craven L. et al. Nature, 2016, vol. 534, pp. 383–386. https://doi.org/10.1038/nature18303

23. Chia G., Agudo J., Treff N. et al. Nat Cell Biol, 2017, vol. 19(4), pp. 282–291. https://doi.org/10.1038/ncb3485

24. Moros-Nicolás C., Chevret P., Jiménez-Movilla M. et al. Inter J Mol Sci, 2021, vol. 22, 3276. https://doi.org/10.3390/ijms22063276

25. Claw K. G., Swanson W. J., Annual Review of Genomics and Human Genetics, 2012, vol. 13, pp. 109–125. https://doi.org/10.1146/annurev-genom-090711-163745

26. McKeegan P. J., Sturmey R. G. Reprod, Fertility and Develop, 2011, vol. 24(1), pp. 59–67. https://doi.org/10.1071/RD11907

27. McEvoy T. G., Coull G. D., Broadbent P. J. et al. Fatty acid composition of lipids in immature cattle, pig and sheep oocytes with intact zona pellucida, J. Reprod. Fert, 2000, vol. 118, pp. 163–170.

28. Genikot G., Leroy J. L., Soom A. V., Donnay I. Theriogenology, 2005, vol. 63, pp. 1181–1194. https://doi.org/10.1016/j.theriogenology.2004.06.006

29. Mattoras R., Ruiz J. I. Human Reproduction, 1998, vol. 13, pp. 2227–2230. https://doi.org/10.1093/humrep/13.8.2227

30. Kim H. B., Lee S., Chung J. H. et al. Applied Biochem Biotech, 2020, vol. 191, pp. 1545–1561. https://doi.org/10.1007/s12010-020-03271-4

31. Balantič K., Miklavčič D., Križaj I., Kramar P. Acta Chimica Slovenica, 2021, vol. 68(4), pp. 753–764. https://doi.org/10.17344/acsi.2021.7198

32. Graybill P. M., Davalos R. V., Cancers (Basel), 2020, vol. 12(5), 1132. https://doi.org/10.3390/cancers12051132