德國單電極膜片鉗離子通道

在心血管藥理研究中的應(yīng)用，隨著膜片鉗技術(shù)在心血管方面的廣泛應(yīng)用，對(duì)血管疾病和藥物作用的認(rèn)識(shí)不僅得到了不斷更新，而且在其病因?qū)W與藥理學(xué)方面還形成了許多新的觀點(diǎn)。正如諾貝爾基金會(huì)在頒獎(jiǎng)時(shí)所說：“Neher和Sadmann的貢獻(xiàn)有利于了解不同疾病機(jī)理，為研制新的更為的藥物開辟了道路”。創(chuàng)新藥物研究與高通量篩選，目前在離子通道高通量篩選中主要是進(jìn)行樣品量大、篩選速度占優(yōu)勢(shì)、信息量要求不太高的初級(jí)篩選。近幾年，分別形成了以膜片鉗和熒光探針為基礎(chǔ)的兩大主流技術(shù)市場。將電生理研究信息量大、靈敏度高等特點(diǎn)與自動(dòng)化、微量化技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了自動(dòng)化膜片鉗等一些新技術(shù)。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(shí)在這兩個(gè)不同的部位作膜片鉗記錄。德國單電極膜片鉗離子通道

現(xiàn)在這塊全新的芯片被放置在了跟前置放大器大小類似的小盒子中，便成就了這款全球較小的膜片鉗放大器ePatch。體積大幅縮減只是一個(gè)表面，由于細(xì)胞電信號(hào)在被電極記錄到后，直接進(jìn)入了芯片，以較短的路徑直接從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成了數(shù)字信號(hào)，在很大程度上減少了環(huán)境及電路噪音對(duì)信號(hào)的影響，所以這款放大器便可以輕易獲取非常高質(zhì)量且穩(wěn)定的電生理信號(hào)。ePatch體積只為42*18*78mm，重量200g，整套設(shè)備的大小只相當(dāng)于傳統(tǒng)膜片鉗設(shè)備的前置放大器，可以輕松地放入衣服口袋。用USB接口連接電腦后即可使用，無需額外電源，連接和使用都極為簡便。沒有了占地方的放大器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器以及相互連接的眾多電線，電源線等等，我們的膜片鉗又進(jìn)一步減小了體積。日本單通道膜片鉗電生理技術(shù)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。

電壓鉗的原理∶用兩根前列直徑0.5um的電極插入細(xì)胞內(nèi)，一根電極用作記錄電極以記錄跨膜電位，用另一根電極作為電流注入電極，以固定膜電位。從而實(shí)現(xiàn)固定膜電位的同時(shí)記錄膜電流。電位記錄電極引導(dǎo)的膜電位（Vm）輸入電壓鉗放大器的負(fù)輸入端，而人為控制的指令電位（Vc）輸入正輸入端，放大器的正負(fù)輸入端子等電位，向正輸入端子施加指令電位（Vc）時(shí)，經(jīng)過短路負(fù)端子可使膜片等電較，即Vm=Vc，從而達(dá)到電位鉗制的目的，并可維持一定的時(shí)間。Vc的不同變化將導(dǎo)致Vm的變化，從而引起細(xì)胞膜上電壓依賴性離子通道的開放，通道開放引起的離子流反過來又引起Vm的變化，致使Vm≠Vc，Vc與Vm的任何差值都會(huì)導(dǎo)致放大器有電壓輸出，將相反極性的電流注入細(xì)胞，以使Vc=Vm，注入電流的大小與跨膜離子流相等，但方向相反。因而注入的電流被認(rèn)為是標(biāo)本興奮時(shí)的跨膜電流值（通道電流）。

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。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，既而通過微管電極對(duì)膜片進(jìn)行電壓鉗制，分辨測量膜電流，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，為測定膜片兩側(cè)的電位，需測定細(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)代謝過程是完整的，所受的干擾小。由于電極前列與細(xì)胞膜的高阻封接，在電極前列籠罩下的那片膜事實(shí)上與膜的其他部分從電學(xué)上隔離。

膜片鉗技術(shù)本質(zhì)上也屬于電壓鉗范疇，兩者的區(qū)別關(guān)鍵在于：①膜電位固定的方法不同；②電位固定的細(xì)胞膜面積不同，進(jìn)而所研究的離子通道數(shù)目不同。電壓鉗技術(shù)主要是通過保持細(xì)胞跨膜電位不變，并迅速控制其數(shù)值，以觀察在不同膜電位條件下膜電流情況。因此只能用來研究整個(gè)細(xì)胞膜或一大塊細(xì)胞膜上所有離子通道活動(dòng)。目前電壓鉗主要用于巨大細(xì)胞的全性能電流的研究，特別在分子克隆的卵母細(xì)胞表達(dá)電流的鑒定中發(fā)揮著其他技術(shù)不能替代的作用。該技術(shù)的主要缺陷是必須在細(xì)胞內(nèi)插入兩個(gè)電極，對(duì)細(xì)胞損傷很大，在小細(xì)胞如元，就難以實(shí)現(xiàn)，又因細(xì)胞形態(tài)復(fù)雜，很難保持細(xì)胞膜各處生物特性的一致。封接是膜片鉗記錄的關(guān)鍵步驟之一。德國單電極膜片鉗離子通道

膜片鉗技術(shù)已成為研究離子通道的"金標(biāo)準(zhǔn)"。德國單電極膜片鉗離子通道

離子通道結(jié)構(gòu)研究∶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)。德國單電極膜片鉗離子通道

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