美國雙分子層膜片鉗電壓鉗制

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(xì)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(xì)胞活動為直接的手段，現(xiàn)已發(fā)展為生命科學(xué)研究的熱點，也是國家自然科學(xué)基金等鼓勵申報的重要領(lǐng)域。光遺傳學(xué)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(xué)、基因操作技術(shù)、電生理等多學(xué)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(xué)院科技評述（MITTechnologyReview，2010）在其總結(jié)性文章"Theyearinbiomedicine"中指出：光遺傳學(xué)調(diào)控技術(shù)現(xiàn)已經(jīng)迅速成為生命科學(xué)，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(xué)、神經(jīng)科學(xué)和神經(jīng)工程研究的實驗室使用，幫助科學(xué)家們深入理解大腦的功能，進(jìn)而為深刻認(rèn)識神經(jīng)、精神疾病、心血管疾病的發(fā)病機(jī)理并研發(fā)針對疾病干預(yù)和的新技術(shù)。一些學(xué)者建立了組織切片膜片鉗技術(shù)（Slicepatch），就能在哺乳動物腦片制備上做全細(xì)胞記錄。美國雙分子層膜片鉗電壓鉗制

細(xì)胞是動物和人體的基本單元，細(xì)胞與細(xì)胞內(nèi)的通信是依靠其膜上的離子通道進(jìn)行的，離子和離子通道是細(xì)胞興奮的基礎(chǔ)，亦即產(chǎn)生生物電信號的基礎(chǔ)，生物電信號通常用電學(xué)或電子學(xué)方法進(jìn)行測量。由此形成了一門細(xì)胞學(xué)科--電生理學(xué)。膜片鉗技術(shù)已成為研究離子通道的黃金標(biāo)準(zhǔn)。電壓門控性離子通道：膜上通道蛋白的帶點集團(tuán)在膜電位改變時，在電場的作用下，重新分布導(dǎo)致通道的關(guān)閉，同時有電荷移動，稱為門控電流。配體門控離子通道：神經(jīng)遞質(zhì)（如乙酰膽堿）、ji素等與通道蛋白上的特定位點結(jié)合，引起蛋白構(gòu)像的改變，導(dǎo)致通道的打開。芬蘭高通量全自動膜片鉗蛋白質(zhì)分子水平了解離子通道的功能以及結(jié)構(gòu)的關(guān)系對于從分子水平深入探討某些疾病措施等均具有十分重要的理論和實際意義。

過去認(rèn)為，膜片鉗只能在培養(yǎng)細(xì)胞或酶解的細(xì)胞上進(jìn)行，這樣得到的細(xì)胞膜表面比較光滑，才能夠形成高阻封接，但缺點是組織的正常三維結(jié)構(gòu)被破壞，并且對神經(jīng)中樞內(nèi)突觸特有的傳遞機(jī)能的研究無法展開。于是，一些學(xué)者建立了組織切片膜片鉗技術(shù)（Slicepatch），就能在哺乳動物腦片制備上做全細(xì)胞記錄。1992年，在腦片膜片鉗技術(shù)上，美國Ferster實驗室報道在在體貓的視皮層用膜片鉗全細(xì)胞記錄研究了視刺激誘發(fā)的興奮性和***性突觸后電位相互影響及節(jié)律性膜電位的變化規(guī)律。1993年，德國的Dodt和Sakmann合作，利用紅外電視顯微鏡監(jiān)視，使得膜片鉗記錄不但能夠在神經(jīng)元胞體及其樹突上進(jìn)行，而且可同時在這兩個不同的部位作膜片鉗記錄。

膜片鉗放大器是整個實驗系統(tǒng)中的主要，它可用來作單通道或全細(xì)胞記錄，其工作模式可以是電壓鉗，也可以是電流鉗。從原理來說，膜片鉗放大器的探頭電路即I-V變換器有兩種基本結(jié)構(gòu)形式，即電阻反饋式和電容反饋式，前者是一種典型的結(jié)構(gòu)，后者因用反饋電容取代了反饋電阻，降低了噪聲，所以特別適合較低噪聲的單通道記錄。由于供膜片鉗實驗的專門的計算機(jī)硬件及相應(yīng)的軟件程序的相繼出現(xiàn)，使得膜片鉗實驗操作簡便、效率提高。如與EPC-9型膜片鉗放大器（內(nèi)含ITC-16數(shù)據(jù)采集/接口卡）配套使用的軟件PULSE/PULSEFIT，它既可產(chǎn)生刺激波形，控制數(shù)據(jù)采集，又可分析數(shù)據(jù)，同時具有用于膜電容監(jiān)測的鎖相放大器，多種軟件功能集成于一體。不同的全自動膜片鉗技術(shù)所采用的原理也不完全相同。

離子通道是一種特殊的膜蛋白，它橫跨整個膜結(jié)構(gòu)，是細(xì)胞內(nèi)部與部外聯(lián)系的橋梁和細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)交換的孔道，當(dāng)通道開放時。細(xì)胞內(nèi)外的一些無機(jī)離子如Na，kCa等帶電離子可經(jīng)通道順濃度梯度或電位梯度進(jìn)行跨膜擴(kuò)散，從而形成這些帶電離子在膜內(nèi)外的不同分布態(tài)勢，這種態(tài)勢和在不同狀態(tài)下的動態(tài)變化是可興奮細(xì)胞靜息電位和動作電的基礎(chǔ)。這些無機(jī)離子通過離子通道的進(jìn)圍所產(chǎn)生的電活動是生命活動的基礎(chǔ)，只有在此基礎(chǔ)上才可能有腺體分泌、肌肉收縮、基因表達(dá)、新陳代謝等生命活動。離子通道結(jié)構(gòu)和功能障礙決定了許多疾病的發(fā)生和發(fā)展。因此，了解離子通道的結(jié)構(gòu)、功能以及結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系對于從分子水平深入探討某些疾病的病理生理機(jī)制、發(fā)現(xiàn)特異藥物或措施等均具有十分重要的理論和實際意義。膜電導(dǎo)測定的依據(jù)是電學(xué)中的歐姆定律。進(jìn)口多通道膜片鉗參數(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(xì)胞，形成吉歐姆（GΩ）阻抗。美國雙分子層膜片鉗電壓鉗制

膜片鉗在通道研究中的重要作用用膜片鉗技術(shù)可以直接觀察和分辨單離子通道電流及其開閉時程、區(qū)分離子通道的離子選擇性、同時可發(fā)現(xiàn)新的離子通道及亞型，并能在記錄單細(xì)胞電流和全細(xì)胞電流的基礎(chǔ)上進(jìn)一步計算出細(xì)胞膜上的通道數(shù)和開放概率，還可以用以研究某些胞內(nèi)或胞外物質(zhì)對離子通道開閉及通道電流的影響等。同時用于研究細(xì)胞信號的跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)和細(xì)胞分泌機(jī)制。結(jié)合分子克隆和定點突變技術(shù)，膜片鉗技術(shù)可用于離子通道分子結(jié)構(gòu)與生物學(xué)功能關(guān)系的研究。利用膜片鉗技術(shù)還可以用于藥物在其靶受體上作用位點的分析。如神經(jīng)元煙堿受體為配體門控性離子通道，膜片鉗全細(xì)胞記錄技術(shù)通過記錄煙堿誘發(fā)電流，可直觀地反映出神經(jīng)元煙堿受體活動的全過程，包括受體與其激動劑和拮抗劑的親和力，離子通道開放、關(guān)閉的動力學(xué)特征及受體的失敏等活動。使用膜片鉗全細(xì)胞記錄技術(shù)觀察拮抗劑對煙堿受體激動劑量效曲線的影響，來確定其作用的動力學(xué)特征。然后根據(jù)分析拮抗劑對受體失敏的影響，拮抗劑的作用是否有電壓依賴性、使用依賴性等特點，可從功能上區(qū)分拮抗劑在煙堿受體上的不同作用位點，即判斷拮抗劑是作用在受體的激動劑識別位點，離子通道抑或是其它的變構(gòu)位點上。美國雙分子層膜片鉗電壓鉗制

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