芬蘭多通道膜片鉗實驗操作

膜片鉗技術(shù)的發(fā)展∶全自動膜片鉗技術(shù)（Automated patch clamp technique）的出現(xiàn)標(biāo)志著膜片鉗技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了一個嶄新階段，從這個意義上說，前面所講的膜片鉗技術(shù)我們稱之為傳統(tǒng)膜片鉗技術(shù)（ Traditional patch clamp technique），傳統(tǒng)膜片鉗技術(shù)每次只能記錄一個細胞（或一對細胞），對實驗人員來說是一項耗時耗力的工作，不適合在藥物開發(fā)初期和中期進行大量化合物的篩選，也不適合需要記錄火量細胞的基礎(chǔ)實驗研究。全自動膜片鉗技術(shù)的出現(xiàn)在很大程度上解決了這些問題，它不僅通量高，一次能記錄幾個甚至幾十個細胞，而且從找細胞、形成封接、破膜等整個實驗操作實現(xiàn)了自動化，免除了這些操作的復(fù)雜與困難。這兩個優(yōu)點使得膜片鉗技術(shù)的工作效率提高了!全自動膜片鉗技術(shù)采用的標(biāo)本必須是懸浮細胞，像腦片這類標(biāo)本無法采用。此外，全自動膜片鉗技術(shù)只能進行全細胞記錄模式、穿孔膜片鉗記錄模式以及細胞貼附式單通道記錄模式，而不能進行其他模式的記錄。細胞是動物和人體的基本組成單元，細胞與細胞內(nèi)的通信,是依靠其膜上的離子通道進行的。芬蘭多通道膜片鉗實驗操作

高阻封接技術(shù)還明顯降低了電流記錄的背景噪聲，從而戲劇性地提高了時間、空間及電流分辨率，如時間分辨率可達10μs、空間分辨率可達1平方微米及電流分辨率可達10-12A。影響電流記錄分辨率的背景噪聲除了來自于膜片鉗放大器本身外，主要還是信號源的熱噪聲。信號源如同一個簡單的電阻，其熱噪聲為σn=4Kt△f/R式中σn為電流的均方差根，K為波爾茲曼常數(shù)，t為溫度，△f為測量帶寬，R為電阻值。可見，要得到低噪聲的電流記錄，信號源的內(nèi)阻必需非常高。如在1kHz帶寬，10%精度的條件下，記錄1pA的電流，信號源內(nèi)阻應(yīng)為2GΩ以上。電壓鉗技術(shù)只能測量內(nèi)阻通常達100kΩ～50MΩ的大細胞的電流，從而不能用常規(guī)的技術(shù)和制備達到所要求的分辨率。進口高通量全自動膜片鉗實驗操作電壓鉗技術(shù)的主要在于將膜電位固定在指令電壓的水平，這樣才能研究在給定膜電位下膜電流隨時間的變化關(guān)系。

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。有關(guān)離子通道結(jié)構(gòu)不是本PPT的重點，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)。

對電極持續(xù)施加一個1mV、10～50ms的階躍脈沖刺激，電極入水后電阻約4～6MΩ，此時在計算機屏幕顯示框中可看到測試脈沖產(chǎn)生的電流波形。開始時增益不宜設(shè)得太高，一般可在1～5mV/pA，以免放大器飽和。由于細胞外液與電極內(nèi)液之間離子成分的差異造成了液結(jié)電位，故一般電極剛?cè)胨畷r測試波形基線并不在零線上，須首先將保持電壓設(shè)置為0mV，并調(diào)節(jié)“電極失調(diào)控制“使電極直流電流接近于零。用微操縱器使電極靠近細胞，當(dāng)電極前列與細胞膜接觸時封接電阻指示Rm會有所上升，將電極稍向下壓，Rm指示會進一步上升。通過細塑料管向電極內(nèi)稍加負(fù)壓，細胞膜特性良好時，Rm一般會在1min內(nèi)快速上升，直至形成GΩ級的高阻抗封接。一般當(dāng)Rm達到100MΩ左右時，電極前列施加輕微負(fù)電壓(-30～-10mV)有助于GΩ封接的形成。此時的現(xiàn)象是電流波形再次變得平坦，使電極超極化由-40到-90mV，有助于加速形成封接。為證實GΩ封接的形成，可以增加放大器的增益，從而可以觀察到除脈沖電壓的首尾兩端出現(xiàn)電容性脈沖前列電流之外，電流波形仍呈平坦?fàn)?。小片膜的孤立使對單個離子通道進行研究成為可能。

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(xué)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(rèn)識也不斷的更新，同時還形成了許多病因?qū)W與藥理學(xué)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(xué)研究帶來了巨大的前進動力。全自動膜片鉗技術(shù)采用的標(biāo)本必須是懸浮細胞，像腦片這類標(biāo)本無法采用。德國細胞膜片鉗電流鉗制

而由通道蛋白介導(dǎo)的膜電導(dǎo)構(gòu)成了膜反應(yīng)的主動成分，它的電流電壓關(guān)系是非線性的。芬蘭多通道膜片鉗實驗操作

不同的全自動膜片鉗技術(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。該芯片含有多個小室，每個小室中含有很多1-2μm的封接孔。在記錄時，每個小室中封接成功的細胞|數(shù)目較多，獲得的記錄是這些細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)出了全自動高通量的lonWorksQuattro系統(tǒng)，成為藥物初期篩選的金標(biāo)準(zhǔn)芬蘭多通道膜片鉗實驗操作

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