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通讯作者：张帆

通讯单位：华东师范大学

钾离子(K+)通道的表达可能与肿瘤的发生发展有关，其改变会影响K+的流出。因此，对细胞外K+进行原位监测具有重要意义。

因此，华东师范大学张帆教授课题组使用双功能的K+离子选择电极(K+-ISE)作为扫描电化学显微镜(SECM)尖端(K+-ISE SECM尖端)，基于电位模式原位监测细胞外的K+。

图1. 用K+-ISE SECM尖端进行细胞外K+原位检测示意图。

相关工作以”In Situ Monitoring of Extracellular K+ Using the Potentiometric Mode of Scanning Electrochemical Microscopy with a Carbon-Based Potassium Ion-Selective Tip”为题发表在国际著名期刊Analytical Chemistry上。

图2.(A) K+-ISE SECM针尖的时变电位响应;(B) K+的对数浓度与电位值之间的线性相关。

要点1.K+-ISE SECM针尖以多壁碳纳米管为转导层，既可以绘制接近曲线尖端定位用于原位检测，又可以记录电位响应。因此，K+-ISE SECM针尖实现了定位和原位监测的双重功能，简化了针尖的制备过程。此外，具有近似的能斯特响应，良好的选择性和优良的稳定性。

要点2.作者使用K+-ISE SECM尖端进行SECM扫描，根据尖端与细胞之间的距离定位单个细胞。然后原位监测三种不同的乳腺癌细胞株(MCF-7、MDA-MB-231和SK-BR-3细胞)，在细胞上方3 μm处的K+浓度，定义为[K+]o。MDA-MB-231细胞的K+浓度最高，其次是MCF-7细胞和SK-BR-3细胞。

要点3.作者进一步测定电刺激或培养环境pH值改变引起的K+外流(Δ[K+]o)，采用钾通道抑制剂4-氨基吡啶(4-AP)研究K+外流的可能机制。在所有刺激电位下，MCF-7细胞的Δ[K+]o值最大，MDA-MB-231细胞次之，SK-BR-3细胞次之，pH为6.50对三种细胞系K+流出的影响最大。4-AP预处理改变了K+流出，可能与电压门控通道的调节有关。这些发现为深入理解微环境对钾离子外流的影响提供了依据，从而反映了钾离子通道的可能机制。

本工作对于研究钾离子通道的相关机制，并为通道靶向药物的开发提供一个潜在的解决方案具有潜在的价值。

图3. (A)单个MCF-7细胞在含有4mm K3Fe(CN)6 (vs Ag/AgCl)的0.01 M PBS (pH=7.40)中的成像;(B)在0.01 M PBS (pH=7.40)中测量单个乳腺癌细胞(MCF-7, MDA-MB-231和SKBR-3)的[K+]o (n=3)。

图4. (A)测量Δ[K+]o在0.01 M PBS (pH=7.40)的单个乳腺癌细胞(MCF-7, MDA-MB-231和SK-BR-3)在不同电刺激电位下10 s (n=3);(B)在120 mV刺激10 s (n=3)，测量4-AP预处理或不预处理的Δ[K+]o，并计算4-AP的抑制比(插图)。

图5. (A)测量单个乳腺癌细胞(MCF-7, MDA-MB-231和SK-BR-3)在不同的pH值的0.01 M PBS (n=3) 中的Δ[K+]o以及在4-AP预处理和未预处理的情况下测定Δ[K+]o。(B) MCF-7细胞，(C) MDA-MB-231细胞，(D) SK-BR-3细胞在0.01 M PBS溶液中不同pH值下4-AP的抑制率(n=3)。

链接：

https://doi.org/10.1021/acs.analchem.2c00002

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