單通道膜片鉗電流鉗制

鈣成像技術(shù)被廣泛應(yīng)用于實時監(jiān)測神經(jīng)元、心肌以及多種細胞胞內(nèi)鈣離子的變化，從而檢測神經(jīng)元、心肌的活動情況。這些技術(shù)是人們觀測神經(jīng)以及多種細胞活動為直接的手段，現(xiàn)已發(fā)展為生命科學研究的熱點，也是國家自然科學基金等鼓勵申報的重要領(lǐng)域。光遺傳學調(diào)控技術(shù)是近幾年正在迅速發(fā)展的一項整合了光學、基因操作技術(shù)、電生理等多學科交叉的生物技術(shù)。NatureMethods雜志將此技術(shù)評為"Methodoftheyear2010"[19]；美國麻省理工學院科技評述（MITTechnologyReview，2010）在其總結(jié)性文章"Theyearinbiomedicine"中指出：光遺傳學調(diào)控技術(shù)現(xiàn)已經(jīng)迅速成為生命科學，特別是神經(jīng)和心臟研究領(lǐng)域中熱門的研究方向之一。目前這一技術(shù)正在被全球幾百家從事心臟學、神經(jīng)科學和神經(jīng)工程研究的實驗室使用，幫助科學家們深入理解大腦的功能，進而為深刻認識神經(jīng)、精神疾病、心血管疾病的發(fā)病機理并研發(fā)針對疾病干預(yù)和的新技術(shù)。膜片鉗技術(shù)原理膜片鉗技術(shù)是用玻璃微電極接觸細胞，形成吉歐姆（GΩ）阻抗。單通道膜片鉗電流鉗制

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)過一個額外刺激使通道從失活關(guān)閉狀態(tài)進入靜息關(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)生細胞生物電現(xiàn)象，與細胞興奮性相關(guān)。2.神經(jīng)遞質(zhì)的釋放、腺體的分泌、肌肉的運動、學習和記憶3.維持細胞正常形態(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?。╥onchannelpathies）。雙分子層膜片鉗離子通道而由通道蛋白介導的膜電導構(gòu)成了膜反應(yīng)的主動成分，它的電流電壓關(guān)系是非線性的。

高阻封接問題的解決不僅改善了電流記錄性能，還隨之出現(xiàn)了研究通道電流的多種膜片鉗方式。根據(jù)不同的研究目的，可制成不同的膜片構(gòu)型。(1)細胞吸附膜片(cell-attachedpatch)將兩次拉制后經(jīng)加熱拋光的微管電極置于清潔的細胞膜表面上，形成高阻封接，在細胞膜表面隔離出一小片膜，既而通過微管電極對膜片進行電壓鉗制，分辨測量膜電流，稱為細胞貼附膜片。由于不破壞細胞的完整性，這種方式又稱為細胞膜上的膜片記錄。此時跨膜電位由玻管固定電位和細胞電位決定。因此，為測定膜片兩側(cè)的電位，需測定細胞膜電位并從該電位減去玻管電位。從膜片的通道活動看，這種形式的膜片是極穩(wěn)定的，因細胞骨架及有關(guān)代謝過程是完整的，所受的干擾小。

膜片鉗技術(shù)與其它技術(shù)相結(jié)合Neher等**將膜片鉗技術(shù)與Fura2熒光測鈣技術(shù)結(jié)合，同時進行如細胞內(nèi)熒光強度、細胞膜離子通道電流及細胞膜電容等多指標變化的快速交替測定，這樣便可得出同一事件過程中，多種因素各自的變化情況，進而可分析這些變化間的相互關(guān)系。Neher將可光解出鈣離子的鈣螯合物引入膜片鉗技術(shù)，進而可以定量研究鈣離子濃度與分泌率的關(guān)系及比較大分泌率等指標。他又創(chuàng)膜片鉗的膜電容檢測與碳纖電極電化學檢測聯(lián)合運用的技術(shù)。之后又將光電聯(lián)合檢測技術(shù)與碳纖電極電化學檢測技術(shù)首先結(jié)合起來。這種結(jié)合既能研究分泌機制，又能鑒別分泌物質(zhì)，還能互相彌補各單種方法的不足。Eberwine等于1991年首先將膜片鉗技術(shù)與RT-PCR技術(shù)結(jié)合起來運用，可對形態(tài)相似而電活動不同的結(jié)果作出分子水平的解釋，從此開始了膜片鉗與分子生物學技術(shù)相結(jié)合的時代∶基因重組技術(shù)，膜通道蛋白重建技術(shù)。封接是膜片鉗記錄的關(guān)鍵步驟之一。

80年代初發(fā)展起來的膜片鉗技術(shù)(patchclamptechnique)為了解生物膜離子單通道的門控動力學特征及通透性、選擇性膜信息提供了直接的手段。該技術(shù)的興起與應(yīng)用，使人們不僅對生物體的電現(xiàn)象和其他生命現(xiàn)象更進一步的了解，而且對于疾病和藥物作用的認識也不斷的更新，同時還形成了許多病因?qū)W與藥理學方面的新觀點。膜片鉗技術(shù)是一種以記錄通過離子通道的離子電流來反映細胞膜單一的或多個的離子通道分子活動的技術(shù)。它和基因克隆技術(shù)（genecloning）并架齊驅(qū)，給生命科學研究帶來了巨大的前進動力。離子通道的近代觀念源于Hodgkin、Huxley、Katz等人在20世紀30—50年代的開創(chuàng)性研究。進口全自動膜片鉗電流鉗制

由于膜片鉗檢測的是PA級的微電流信號，因此需要特殊的放大器及模數(shù)轉(zhuǎn)換器。單通道膜片鉗電流鉗制

對藥物作用機制的研究，在通道電流記錄中，可分別于不同時間、不同部位（膜內(nèi)或膜外）施加各種濃度的藥物，研究它們對通道功能的可能影響，了解那些選擇性作用于通道的藥物影響人和動物生理功能的分子機理。這是目前膜片鉗技術(shù)應(yīng)用普遍的領(lǐng)域，既有對西藥藥物機制的探討，也普遍用在重要藥理的研究上。如開麗等報道細胞貼附式膜片鉗單通道記錄法觀測到人參二醇組皂苷可控制正常和“缺血”誘導的大鼠大腦皮層神經(jīng)元L-型鈣通道的開放，從而減少鈣內(nèi)流，對缺血細胞可能有保護作用。陳龍等報道采用細胞貼附式單通道記錄法發(fā)現(xiàn)烏頭堿對培養(yǎng)的Wistar大鼠心室肌細胞L-型鈣通道有阻滯作用。單通道膜片鉗電流鉗制

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