(The)effects of fluid flow on the voltage-dependent calcium channels in rat vascular smooth muscle cells: fluid flow as a shear stress and a potential source of artifacts during the patch-clamp studies

국문 초록 (Abstract)

이 연구에서 본 연구자는 분리된 rat 혈관 평활근 세포에서 nystatin perforated patch-clamp 방법을 이용하여 용액의 흐름에 의한 L-type voltage-dependent C^(a2)+ channel (VDCC_(L))의 변화에 대하여 실험하였다. 또한 용액의 흐름에 따른 liquid (bathing solution)-metal (Ag/AgCl ground electrode) junction potential의 영향에 대해 관찰하였다. I-clamp mode에서 Junction potential을 측정하였고, 다양한 flow 속도가 Junction potential에 미치는 효과를 관찰하였다. Pipette solution과 bath solution 사이의 Junction potential 변화를 막기 위해 3M-KCl을 pipette solution으로 사용하였다. Flow의 속도를 0-10ml/min로 실험한 결과 junction potential이 약 5 mV까지 증가하는 것을 관찰하였다. 이러한 변화는 Ground electrode와 bathing solution 사이에 3M-KCl agar bridge를 사용하면 차단되는 것으로 보아 bathing solution 과 ground electrode 사이의 liquid-metal junction potential 변화에 의한 것임을 알 수 있었다.
위에서 관찰한 변화와 함께 fluid flow는 junction potential의 VDCC_(L) current의 증가를 초래하였는데, 3M-KCl agar bridge를 사용하면 전류-전압 관계의 right-shift 변화없이 VDCC_(L) current의 증가만 관찰되었다. 이러한 결과는 patch-clamp실험에서 bath에 fluid flow가 liquid와 metal junction 사이의 잘못된 voltage shift를 가져올 수 있으며, 이것을 방지하기 위해 ground electrode로 3M-KCl Agar bridge를 사용해야 함을 시사한다. 또한, Fluid flow에 의한 shear stress는 혈관 평활근에 가해지는 중요한 기계적 자극이며, 또한 전압 의존성 칼슘의 채널 활성을 조절함으로써 myogenic tone등에 영향을 미침을 제안한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

I examined the effects of fluid flow on L-type voltage-dependent Ca^(2+) channel (VDCC_(L)) currents in rat vascular myocytes using the nystatin perforated patch-clamp technique. The effect of fluid flow on the liquid (bathing solution)–metal (Ag/AgCl ground electrode) junction potential was also studied. With a fluid flow of 0–10 ml/min, changes in the junction potential of up to 5 mV were observed in proportion to the flow rate. Accordingly, fluid flow shifted the current-voltage (I–V) relationship of the recorded VDCC_(L) currents in a positive direction. In addition to these shifts, fluid flow also increased the peak VDCC_(L) current, suggesting some modulatory role for fluid flow in VDCC_(L) currents. The use of a 3 M KCl agar-bridge between the ground electrode and bathing solution abnegated the potential shifts, and fluid flow increased the VDCC_(L) currents in a voltage-independent manner. These results suggest that the bathing fluid flow can be both a source of erroneous voltage shift between liquid and metal junctions in the patch-clamp configuration and an important shear stress for the cells. The facilitation of VDCC_(L) currents by fluid flow in vascular myocytes may contribute to the myogenic contraction of blood vessels. The mechanism by which fluid flow causes the voltage shift is vigorously discussed.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. Introduction = 1
• Ⅱ. Materials & Methods = 4
• 1. Animals and cell preparation = 4
• 2. Solutions and Chemicals = 5
• 3. Electrophysiological recordings and application of fluid flow = 6
• 4. Data analysis = 7
• Ⅲ. Results = 9
• Ⅳ. Discussion = 18
• Ⅴ. REFERENCES = 25