芬蘭多通道膜片鉗實(shí)驗(yàn)操作

膜片鉗技術(shù)的發(fā)展∶全自動(dòng)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(gè)嶄新階段，從這個(gè)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(gè)細(xì)胞（或一對(duì)細(xì)胞），對(duì)實(shí)驗(yàn)人員來說是一項(xiàng)耗時(shí)耗力的工作，不適合在藥物開發(fā)初期和中期進(jìn)行大量化合物的篩選，也不適合需要記錄火量細(xì)胞的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究。全自動(dòng)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(gè)甚至幾十個(gè)細(xì)胞，而且從找細(xì)胞、形成封接、破膜等整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，免除了這些操作的復(fù)雜與困難。這兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)使得膜片鉗技術(shù)的工作效率提高了!全自動(dòng)膜片鉗技術(shù)采用的標(biāo)本必須是懸浮細(xì)胞，像腦片這類標(biāo)本無法采用。此外，全自動(dòng)膜片鉗技術(shù)只能進(jìn)行全細(xì)胞記錄模式、穿孔膜片鉗記錄模式以及細(xì)胞貼附式單通道記錄模式，而不能進(jìn)行其他模式的記錄。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。芬蘭多通道膜片鉗實(shí)驗(yàn)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(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(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。可見，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。進(jìn)口高通量全自動(dòng)膜片鉗實(shí)驗(yàn)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(shí)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(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(duì)電極持續(xù)施加一個(gè)1mV、10～50ms的階躍脈沖刺激，電極入水后電阻約4～6MΩ，此時(shí)在計(jì)算機(jī)屏幕顯示框中可看到測(cè)試脈沖產(chǎn)生的電流波形。開始時(shí)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(xì)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(shí)測(cè)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(xì)胞，當(dāng)電極前列與細(xì)胞膜接觸時(shí)封接電阻指示Rm會(huì)有所上升，將電極稍向下壓，Rm指示會(huì)進(jìn)一步上升。通過細(xì)塑料管向電極內(nèi)稍加負(fù)壓，細(xì)胞膜特性良好時(shí)，Rm一般會(huì)在1min內(nèi)快速上升，直至形成GΩ級(jí)的高阻抗封接。一般當(dāng)Rm達(dá)到100MΩ左右時(shí)，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(shí)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(shí)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)睢Ｐ∑さ墓铝⑹箤?duì)單個(gè)離子通道進(jìn)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(dòng)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(duì)生物體的電現(xiàn)象和其他生命現(xiàn)象更進(jìn)一步的了解，而且對(duì)于疾病和藥物作用的認(rèn)識(shí)也不斷的更新，同時(shí)還形成了許多病因?qū)W與藥理學(xué)方面的新觀點(diǎn)。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(xì)胞膜單一的或多個(gè)的離子通道分子活動(dòng)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(jìn)動(dòng)力。全自動(dòng)膜片鉗技術(shù)采用的標(biāo)本必須是懸浮細(xì)胞，像腦片這類標(biāo)本無法采用。德國(guó)細(xì)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(dòng)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(shí)驗(yàn)操作

不同的全自動(dòng)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(gè)小室，每個(gè)小室中含有很多1-2μm的封接孔。在記錄時(shí)，每個(gè)小室中封接成功的細(xì)胞|數(shù)目較多，獲得的記錄是這些細(xì)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(guó)Axon（MDS）公司采用這一技術(shù)研發(fā)出了全自動(dòng)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(shí)驗(yàn)操作

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