膜片鉗專題

不同的全自動(dòng)膜片鉗技術(shù)所采用的原理如PopulationPatchClamp技術(shù)∶同SealChip技術(shù)一樣，完全摒齊了玻璃電極，而是采用PatchPlate平面電極芯片。該芯片含有多個(gè)小室，每個(gè)小室中含有很多1-2μm的封接孔。在記錄時(shí)，每個(gè)小室中封接成功的細(xì)胞|數(shù)目較多，獲得的記錄是這些細(xì)胞通道電流的平均值。因此，不同小室其通道電流的一致性非常好，變異系數(shù)很小。美國Axon（MDS）公司采用這一技術(shù)研發(fā)出了全自動(dòng)高通量的lonWorksQuattro系統(tǒng)，成為藥物初期篩選的金標(biāo)準(zhǔn)而由通道蛋白介導(dǎo)的膜電導(dǎo)構(gòu)成了膜反應(yīng)的主動(dòng)成分，它的電流電壓關(guān)系是非線性的。膜片鉗專題

離子選擇性（selectivity）（大小和電荷）∶某一種離子只能通過與其相應(yīng)的通道跨膜擴(kuò)散（安靜∶K＞Na100倍、興奮;Na＞K10-20倍）;各離子通道在不同狀態(tài)下，對相應(yīng)離子的通透性不同。門控特性（Gating）∶失活狀態(tài)不僅是通道處于關(guān)閉狀態(tài)，而且只有在經(jīng)過一個(gè)額外刺激使通道從失活關(guān)閉狀態(tài)進(jìn)入靜息關(guān)閉狀態(tài)后，通道才能再度接受外界刺激而***開放。離子通道的功能(FunctionoflonChannels)1.產(chǎn)生細(xì)胞生物電現(xiàn)象，與細(xì)胞興奮性相關(guān)。2.神經(jīng)遞質(zhì)的釋放、腺體的分泌、肌肉的運(yùn)動(dòng)、學(xué)習(xí)和記憶3.維持細(xì)胞正常形態(tài)和功能完整性膜離子通道的基因變異及功能障礙與許多疾病有關(guān)，某些先天性與后天獲得性疾病是離子通道基因缺陷與功能改變的結(jié)果，稱為離子通道病（ionchannelpathies）。德國膜片鉗專題膜片鉗技術(shù)原理膜片鉗技術(shù)是用玻璃微電極接觸細(xì)胞，形成吉?dú)W姆（GΩ）阻抗。

一、記錄設(shè)備首先，盡可能完善膜片鉗記錄設(shè)備是實(shí)驗(yàn)前的重要步驟，如用模型細(xì)胞測定電子設(shè)備、安裝并測試應(yīng)用軟件、調(diào)節(jié)光學(xué)顯微鏡、檢驗(yàn)防震工作臺(tái)等。二、微電極的制備膜片鉗電極是用外徑為1-2mm的毛細(xì)玻璃管拉制成的。標(biāo)準(zhǔn)的毛細(xì)玻璃管（外經(jīng)1.5mm，管壁厚0.3mm）適合于制作單通道記錄的微電極，而全細(xì)胞記錄則應(yīng)選管壁較?。?.16mm）的毛細(xì)玻璃管，這樣可以使電極阻抗較低。三、封接（Sealing）技術(shù)封接（seal）是膜片鉗記錄的關(guān)鍵步驟之一。封接不好噪聲太大必然影響細(xì)胞膜電信號的記錄，一般要求封接阻抗至少20GΩ才可進(jìn)行常規(guī)記錄。為了形成良好封接必須保持清潔的溶液、良好的視野以及適當(dāng)?shù)碾姌O鍍膜。為了獲得較好的"千兆歐封接"，細(xì)胞表面必須裸露以便微電極前列能接觸細(xì)胞，細(xì)胞的大小也是成功記錄的個(gè)因素，一般選擇10-20um的細(xì)胞比較理想。

離子通道結(jié)構(gòu)研究∶目前，絕大多數(shù)離子通道的一級結(jié)構(gòu)得到了闡明但根本的還是要搞清楚各種離子通道的三維結(jié)構(gòu)，在這方面，美國的二位科學(xué)家彼得·阿格雷和羅德里克麥金農(nóng)做出了一些開創(chuàng)性的工作，他們到用X光繞射方法得到了K離子通道的三維結(jié)構(gòu)，二位因此獲得2003年諾貝系化學(xué)獎(jiǎng)。有關(guān)離子通道結(jié)構(gòu)不是本PPT的重點(diǎn)，可參考楊寶峰的<離子通道藥理學(xué)>和Hill的<lonicChannelsOfExcitableMembranes》。對離子通道功能的研究，主要采用記錄離子通道電流來間接反映離子通道功能，目前有如下兩種技術(shù)：電壓鉗技術(shù)（VoltageClamp），膜片鉗（patchclamp）技術(shù)?，F(xiàn)代膜片鉗技術(shù)是在電壓鉗技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。

膜片鉗放大器的工作模式;（1）電壓鉗模式∶在鉗制細(xì)胞膜電位的基礎(chǔ)上改變膜電位，記錄離子通道電流的變化，記錄的是諸如通道電流;EPSC;IPSC等電流信號。是膜片鉗的基本工作模式.（2）屯流鉗素向細(xì)胞內(nèi)注入刺激電流，記錄膜電位對刺激電流的反應(yīng)。記錄的是諸如動(dòng)作電位，EPSP;IPSP等電壓信號。膜片鉗技術(shù)實(shí)現(xiàn)膜電位固定的關(guān)鍵是在玻璃微電極前列邊緣與細(xì)胞膜之間形成高阻（10GΩ）密封，使電極前列開口處相接的細(xì)胞膜片與周圍環(huán)境在電學(xué)上隔離，并通過外加命令電壓鉗制膜電位。脂質(zhì)層電導(dǎo)很低，由于雙分子層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，形成了細(xì)胞的膜電容，通道蛋白開閉狀況主要決定了膜電導(dǎo)的數(shù)值。美國多通道膜片鉗報(bào)價(jià)

不同的全自動(dòng)膜片鉗技術(shù)所采用的原理也不完全相同。膜片鉗專題

1980年，Sigworth、Hamill、Neher等在記錄電極內(nèi)施加負(fù)壓吸引，得到了10~100GΩ的高阻封接（gigaseal），降低記錄噪聲，實(shí)現(xiàn)了單根電極既鉗制膜電位又記錄單通道電流。獲1991年Nobel獎(jiǎng)。1955年，Hodgkin和Keens應(yīng)用電壓鉗（Voltageclap）在研究神經(jīng)軸突膜對鉀離子通透性時(shí)發(fā)現(xiàn)放射性鉀跨軸突膜的運(yùn)動(dòng)很像是通過許多狹窄空洞的運(yùn)動(dòng)，并提出了"通道"的概念。1963年，描述電壓門控動(dòng)力學(xué)的Hodgkin-Hx上模型（簡稱H-H模型）榮獲譜貝爾醫(yī)學(xué)/生理學(xué)獎(jiǎng)。1976年，Neher和Sakmann建立膜片鉗（Patchclamp）按術(shù)。1983年10月，《Single-ChannelRecording》一書問世，奠定了膜片鉗技術(shù)的里程碑。1991年，Neher和Sakmann的膜片鋪技術(shù)榮獲諾貝爾醫(yī)學(xué)/生理學(xué)獎(jiǎng)。膜片鉗專題

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