芬蘭雙分子層膜片鉗細(xì)胞功能特性

膜片鉗在通道研究中起著重要的作用。膜片鉗技術(shù)可以直接觀察和區(qū)分單個離子通道電流及其開閉時(shí)間，區(qū)分離子通道的離子選擇性，同時(shí)發(fā)現(xiàn)新的離子通道和亞型，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(jì)算細(xì)胞膜上的通道數(shù)和開放概率。也可用于研究某些細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外物質(zhì)對離子通道的開閉和通道電流的影響。同時(shí)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(diǎn)突變技術(shù)，膜片鉗技術(shù)可用于研究離子通道的分子結(jié)構(gòu)與生物學(xué)功能的關(guān)系。膜片鉗技術(shù)也可用于分析藥物對其靶受體的作用位點(diǎn)。例如，神經(jīng)元煙堿受體是配體門控離子通道，膜片鉗全細(xì)胞記錄技術(shù)可以通過記錄煙堿誘發(fā)電流，直接反映神經(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、離子通道開閉的動態(tài)特征、受體的***等。用膜片鉗全細(xì)胞記錄技術(shù)觀察拮抗劑對煙堿受體興奮的量效曲線的影響，以確定其作用的動態(tài)特征。然后根據(jù)拮抗劑對受體***的影響分析，拮抗劑的作用是否是電壓依賴性和使用依賴性的，我們可以從功能上區(qū)分拮抗劑對煙堿受體的不同作用位點(diǎn)，即判斷拮抗劑是作用于受體的激動劑識別位點(diǎn)、離子通道還是其他變構(gòu)位點(diǎn)。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(yùn)用。芬蘭雙分子層膜片鉗細(xì)胞功能特性

20世紀(jì)初由Cole發(fā)明，Hodgkin和Huxleyw完善，目的是為了證明動作電位的峰電位是由于膜對鈉的通透性發(fā)生了一過性的增大過程。但當(dāng)時(shí)沒有直接測定膜通透性的辦法，于是就用膜對某種離子的電導(dǎo)來**該種離子的通透性。

為了弄清膜電導(dǎo)變化的機(jī)制和離子通道的存在，也為了克服電壓鉗的缺點(diǎn)Erwin和Bert在電壓鉗的基礎(chǔ)上發(fā)明了膜片鉗，并利用該技術(shù)***在蛙肌膜上記錄到PA級的乙酰膽堿激動的單通道電流，***證明了離子通道的存在。并證明在完整細(xì)胞膜上記錄到膜電流是許多單通道電流總和的結(jié)果。這一技術(shù)被譽(yù)為與分子克隆技術(shù)并駕齊驅(qū)的劃時(shí)代的偉大發(fā)明。二人因此獲得諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎。 德國雙電極膜片鉗技術(shù)膜片鉗是一種用于夾持薄膜或其他薄片材料的工具。

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(xiàng)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(shí)驗(yàn)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)。

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(diǎn)集團(tuán)在膜電位改變時(shí)，在電場的作用下，重新分布導(dǎo)致通道的關(guān)閉，同時(shí)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(diǎn)結(jié)合，引起蛋白構(gòu)像的改變，導(dǎo)致通道的打開。通過研究離子通道的離子流， 從而了解離子運(yùn)輸、信號傳遞等信息。

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(shí)間、空間及電流分辨率，如時(shí)間分辨率可達(dá)10μs、空間分辨率可達(dá)1平方微米及電流分辨率可達(dá)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?？梢姡玫降驮肼暤碾娏饔涗?，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(dá)100kΩ～50MΩ的大細(xì)胞的電流，從而不能用常規(guī)的技術(shù)和制備達(dá)到所要求的分辨率。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)。進(jìn)口雙電極膜片鉗離子通道

早期的研究多使用雙電極電壓鉗技術(shù)作細(xì)胞內(nèi)電活動的記錄。芬蘭雙分子層膜片鉗細(xì)胞功能特性

膜片鉗技術(shù)實(shí)現(xiàn)了小片膜的孤立和高阻封接的形成，由于高阻封接使背景噪聲水平降低，相對地增寬了記錄頻帶范圍，提高了分辨率。另外，它還具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性和化學(xué)絕緣性。而小片膜的孤立使對單個離子通道進(jìn)行研究成為可能。單通道電流1.典型的單通道電流呈一種振幅相同而持續(xù)時(shí)間不等的脈沖樣變化。他有兩個電導(dǎo)水平，即O和1，分別對應(yīng)通道的關(guān)閉和開效狀態(tài)。2.有的矩形脈沖簇狀發(fā)放時(shí)，通道電流不在同一水平，可以明顯觀察到不同數(shù)目離子通道所形成的電流臺階，從而可推斷出被測膜片的通道數(shù)目。3.有的通道可記錄到圓滑型和方波形兩種形式。4.有些通道開放活動是持續(xù)開放，中間被閃動樣的關(guān)閉所中斷，形成burst開放。有些通道開放活動是簇狀開放與短期平靜交替出現(xiàn)，形成簇狀發(fā)放串（Cluster）芬蘭雙分子層膜片鉗細(xì)胞功能特性