美國(guó)腦片膜片鉗系統(tǒng)

1937年，Hodgkin和Huxley在烏賊巨大神經(jīng)軸突細(xì)胞內(nèi)實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)電記錄，獲1963年Nobel獎(jiǎng)1946年，凌寧和Gerard創(chuàng)造拉制出前列直徑小于1μm的玻璃微電極，并記錄了骨骼肌的電活動(dòng)。玻璃微電極的應(yīng)用使的電生理研究進(jìn)行了重命性的變化。Voltageclamp（電壓鉗技術(shù)）由Cole和Marmont發(fā)明，并很快由Hodgkin和Huxley完善，真正開始了定量研究，建立了H一H模型（膜離子學(xué)說(shuō)），是近代興奮學(xué)說(shuō)的基石。1948年，Katz利用細(xì)胞內(nèi)微電極技術(shù)記錄到了終板電位;1969年，又證實(shí)N—M接觸后的Ach以"量子式"釋放，獲1976年Nobel獎(jiǎng)。1976年，德國(guó)的Neher和Sakmann發(fā)明PatchClamp（膜片鉗）。并在蛙橫紋肌終板部位記錄到乙酰膽堿引起的通道電流。滔博生物TOP-Bright專注基于多種離子通道靶點(diǎn)的化合物體外篩選,服務(wù)于全球藥企的膜片鉗公司,快速獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果,專業(yè)團(tuán)隊(duì),7*42小時(shí)隨時(shí)人工在線咨詢.對(duì)離子通道功能的研究，主要采用記錄離子通道電流來(lái)間接反映離子通道功能。美國(guó)腦片膜片鉗系統(tǒng)

細(xì)胞是動(dòng)物和人體的基本組成單元，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(hào)的基礎(chǔ)，生物電信號(hào)通常用電學(xué)或電子學(xué)方法進(jìn)行測(cè)量。由此形成了一門細(xì)胞學(xué)科———電生理學(xué)（electrophysiology），即是用電生理的方法來(lái)記錄和分析細(xì)胞產(chǎn)生電的大小和規(guī)律的科學(xué)。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(dòng)的記錄。現(xiàn)代膜片鉗技術(shù)是在電壓鉗技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。腦片膜片鉗實(shí)驗(yàn)操作屯流鉗素向細(xì)胞內(nèi)注入刺激電流，記錄膜電位對(duì)刺激電流的反應(yīng)。

電壓鉗技術(shù)是由科爾發(fā)明的，并在20世紀(jì)初由霍奇金和赫胥黎完善。其設(shè)計(jì)的主要目的是證明動(dòng)作電位的產(chǎn)生機(jī)制，即動(dòng)作電位的峰值電位是由于膜對(duì)鈉的通透性瞬間增加。但當(dāng)時(shí)還沒(méi)有直接測(cè)量膜通透性的方法，所以用膜電導(dǎo)來(lái)測(cè)量離子通透性。膜電導(dǎo)測(cè)量的基礎(chǔ)是電學(xué)中的歐姆定律，如膜Na電導(dǎo)GNa與電化學(xué)驅(qū)動(dòng)力(Em-ENa)的關(guān)系，膜電流INaGNa=INa/(Em-ENa)。因此，可以通過(guò)測(cè)量膜電流，然后利用歐姆定律來(lái)計(jì)算膜電導(dǎo)。然而，膜電導(dǎo)可以通過(guò)使用膜電流來(lái)計(jì)算。這個(gè)條件是通過(guò)電壓鉗技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。下一張幻燈片中右邊的兩張圖顯示了squid的動(dòng)作電位和動(dòng)作電位過(guò)程中膜電流的變化，這是霍奇金和赫胥黎在半個(gè)世紀(jì)前用電壓鉗記錄的。他們的實(shí)驗(yàn)證明了參與動(dòng)作電位的離子電流由三種成分組成:Na、K、Cl。對(duì)這些離子流進(jìn)行了定量分析。這項(xiàng)技術(shù)為闡明動(dòng)作電位的本質(zhì)和離子通道的研究做出了巨大貢獻(xiàn)。

高阻封接問(wèn)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。細(xì)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(xì)胞膜表面上，形成高阻封接，在細(xì)胞膜表面隔離出一小片膜，既而通過(guò)微管電極對(duì)膜片進(jìn)行電壓鉗制，分辨測(cè)量膜電流，稱為細(xì)胞貼附膜片。由于不破壞細(xì)胞的完整性，這種方式又稱為細(xì)胞膜上的膜片記錄。此時(shí)跨膜電位由玻管固定電位和細(xì)胞電位決定。因此，為測(cè)定膜片兩側(cè)的電位，需測(cè)定細(xì)胞膜電位并從該電位減去玻管電位。從膜片的通道活動(dòng)看，這種形式的膜片是極穩(wěn)定的，因細(xì)胞骨架及有關(guān)代謝過(guò)程是完整的，所受的干擾小。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。

目前，絕大多數(shù)離子通道的一級(jí)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(guó)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(jiǎng)。有關(guān)離子通道結(jié)構(gòu)不是本PPT的重點(diǎn)，可參考楊寶峰的<離子通道藥理學(xué)>和Hill的<lonicChannelsOfExcitableMembranes》。對(duì)離子通道功能的研究，主要采用記錄離子通道電流來(lái)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)。這是一種以記錄通過(guò)離子通道的離子電流來(lái)反映細(xì)胞膜單一的或多個(gè)的離子通道分子活動(dòng)的技術(shù)。德國(guó)高通量全自動(dòng)膜片鉗電壓鉗制

膜電導(dǎo)測(cè)定的依據(jù)是電學(xué)中的歐姆定律。美國(guó)腦片膜片鉗系統(tǒng)

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(lái)自于膜片鉗放大器本身外，較主要還是信號(hào)源的熱噪聲。信號(hào)源如同一個(gè)簡(jiǎn)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(cè)量帶寬，R為電阻值?？梢?，要得到低噪聲的電流記錄，信號(hào)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(hào)源內(nèi)阻應(yīng)為2GΩ以上。電壓鉗技術(shù)只能測(cè)量?jī)?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。滔博生物TOP-Bright專注基于多種離子通道靶點(diǎn)的化合物體外篩選,服務(wù)于全球藥企的膜片鉗公司,快速獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果,專業(yè)團(tuán)隊(duì),7*66小時(shí)隨時(shí)人工在線咨詢.美國(guó)腦片膜片鉗系統(tǒng)