不同的全自动膜片钳技术所采用的原理如PopulationPatchClamp技术∶同SealChip技术一样,完全摒齐了玻璃电极,而是采用PatchPlate平面电极芯片。该芯片含有多个小室,每个小室中含有很多1-2μm的封接孔。在记录时,每个小室中封接成功的细胞|数目较多,获得的记录是这些细胞通道电流的平均值。因此,不同小室其通道电流的一致性非常好,变异系数很小。美国Axon(MDS)公司采用这一技术研发出了全自动高通量的lonWorksQuattro系统,成为药物初期筛选的金标准全自动膜片钳技术的出现标志着膜片钳技术已经发展到了一个崭新阶段。德国单电极膜片钳蛋白质分子水平
细胞是动物和人体的基本组成单元,细胞与细胞内的通信,是依靠其膜上的离子通道进行的,离子和离子通道是细胞兴奋的基础,亦即产生生物电信号的基础,生物电信号通常用电学或电子学方法进行测量。由此形成了一门细胞学科———电生理学(electrophysiology),即是用电生理的方法来记录和分析细胞产生电的大小和规律的科学。早期的研究多使用双电极电压钳技术作细胞内电活动的记录。现代膜片钳技术是在电压钳技术的基础上发展起来的。进口双分子层膜片钳电流钳制离子通道是一种特殊的膜蛋白,它横跨整个膜结构,是细胞内部与部外联系的桥梁和细胞内外物质交换的孔道。
与药物作用有关的心肌离子通道,心肌细胞通过各种离子通道对膜电位和动作电位稳态的维持而保持正常的功能。近年来,国外学者在人类心肌细胞离子通道特性的研究中取得了许多进展,使得心肌药理学实验由动物细胞模型向人心肌细胞成为可能。对离子通道生理与病理情况下作用机制的研究,通过对各种生理或病理情况下细胞膜某种离子通道特性的研究,了解该离子的生理意义及其在疾病过程中的作用机制。如对钙离子在脑缺血神经细胞损害中作用机制的研究表明,缺血性脑损害过程中,Ca2+介导现象起非常重要的作用,缺血缺氧使Ca2+通道开放,过多的Ca2+进入细胞内就出现Ca2+超载,导致神经元及细胞膜损害,膜转运功能障碍,严重的可使神经元坏死。
离子通道结构研究∶目前,绝大多数离子通道的一级结构得到了阐明但根本的还是要搞清楚各种离子通道的三维结构,在这方面,美国的二位科学家彼得·阿格雷和罗德里克麦金农做出了一些开创性的工作,他们到用X光绕射方法得到了K离子通道的三维结构,二位因此获得2003年诺贝系化学奖。有关离子通道结构不是本PPT的重点,可参考杨宝峰的<离子通道药理学>和Hill的<lonicChannelsOfExcitableMembranes》。对离子通道功能的研究,主要采用记录离子通道电流来间接反映离子通道功能,目前有如下两种技术:电压钳技术(VoltageClamp),膜片钳(patchclamp)技术。了解离子通道的功能以及结构的关系对于从分子水平深入探讨某些疾病措施等均具有十分重要的理论和实际意义。
离子选择性(selectivity)(大小和电荷)∶某一种离子只能通过与其相应的通道跨膜扩散(安静∶K>Na100倍、兴奋;Na>K10-20倍);各离子通道在不同状态下,对相应离子的通透性不同。门控特性(Gating)∶失活状态不仅是通道处于关闭状态,而且只有在经过一个额外刺激使通道从失活关闭状态进入静息关闭状态后,通道才能再度接受外界刺激而***开放。离子通道的功能(FunctionoflonChannels)1.产生细胞生物电现象,与细胞兴奋性相关。2.神经递质的释放、腺体的分泌、肌肉的运动、学习和记忆3.维持细胞正常形态和功能完整性膜离子通道的基因变异及功能障碍与许多疾病有关,某些先天性与后天获得性疾病是离子通道基因缺陷与功能改变的结果,称为离子通道病(ionchannelpathies)。神经递质的释放、腺体的分泌、肌肉的运动、学习和记忆。德国双分子层膜片钳离子通道
全自动膜片钳技术采用的标本必须是悬浮细胞,像脑片这类标本无法采用。德国单电极膜片钳蛋白质分子水平
一、记录设备首先,尽可能完善膜片钳记录设备是实验前的重要步骤,如用模型细胞测定电子设备、安装并测试应用软件、调节光学显微镜、检验防震工作台等。二、微电极的制备膜片钳电极是用外径为1-2mm的毛细玻璃管拉制成的。标准的毛细玻璃管(外经1.5mm,管壁厚0.3mm)适合于制作单通道记录的微电极,而全细胞记录则应选管壁较薄(0.16mm)的毛细玻璃管,这样可以使电极阻抗较低。三、封接(Sealing)技术封接(seal)是膜片钳记录的关键步骤之一。封接不好噪声太大必然影响细胞膜电信号的记录,一般要求封接阻抗至少20GΩ才可进行常规记录。为了形成良好封接必须保持清洁的溶液、良好的视野以及适当的电极镀膜。为了获得较好的"千兆欧封接",细胞表面必须裸露以便微电极前列能接触细胞,细胞的大小也是成功记录的个因素,一般选择10-20um的细胞比较理想。德国单电极膜片钳蛋白质分子水平
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