膜片钳技术是1976年由诺贝尔奖得主Neher和Sakmann发展起来的一种记录胞膜离子通道电生理活动的技术。该技术的应用将细胞水平和分子水平的生理学研究联系在一起,已成为现代细胞电生理研究的常规方法,广泛应用于生物、生理、病理、药理、神经科学、植物和微生物等领域并取得了丰硕的研究成果。膜片钳技术点燃了细胞和分子水平的生理学研究的**之火,与基因克隆技术(genecloning)并驾齐驱,给生命科学研究带来了巨大的前进动力。钙成像技术被广泛应用于实时监测神经元、心肌以及多种细胞胞内钙离子的变化,从而检测神经元、心肌的活动情况。这些技术是人们观测神经以及多种细胞活动为直接的手段,现已发展为生命科学研究的热点,也是国家自然科学基金等鼓励申报的重要领域。玻璃微电极的应用使的电生理研究进行了重命性的变化。德国高通量全自动膜片钳电压钳制
膜片钳技术的发展∶全自动膜片钳技术(Automated patch clamp technique)的出现标志着膜片钳技术已经发展到了一个崭新阶段,从这个意义上说,前面所讲的膜片钳技术我们称之为传统膜片钳技术( Traditional patch clamp technique),传统膜片钳技术每次只能记录一个细胞(或一对细胞),对实验人员来说是一项耗时耗力的工作,不适合在药物开发初期和中期进行大量化合物的筛选,也不适合需要记录火量细胞的基础实验研究。全自动膜片钳技术的出现在很大程度上解决了这些问题,它不仅通量高,一次能记录几个甚至几十个细胞,而且从找细胞、形成封接、破膜等整个实验操作实现了自动化,免除了这些操作的复杂与困难。这两个优点使得膜片钳技术的工作效率提高了!全自动膜片钳技术采用的标本必须是悬浮细胞,像脑片这类标本无法采用。此外,全自动膜片钳技术只能进行全细胞记录模式、穿孔膜片钳记录模式以及细胞贴附式单通道记录模式,而不能进行其他模式的记录。美国单通道膜片钳解决方案现代膜片钳技术是在电压钳技术的基础上发展起来的。
Flip-Tip翻转技术、将一定密度的细胞悬液灌注在玻璃电极中,下降到电极前列的单个细胞通过在电极外施加负压可以与玻璃电极前列形成稳定的高阻封接,打破露在玻璃电极前列开口外的细胞膜就形成了全细胞记录模式。德国Flyion公司的Flyscreen8500系统采用的就是这一技术,其通量比较高为6,即一次可同时记录6个细胞。它的***特点是∶(1)仍然采用玻璃毛坯作为电极 (2)药物施加微量、快速。
SealChip技术;完全摒弃了玻璃电极,而是采用SealChip平面电极芯片一定密度的细胞悬液灌注在芯片上面,随机下降到芯片上约1-2μm的孔上并在自动负压的吸引下形成高阻封接,打破孔下面 的细胞膜形成全细胞记录模式。采用这一技术的美国Axon (MDS)公司的 PatchXpress 7000A系统是高通量全自动膜片钳技术的典范,是离子通道药物研发的**性工具,在国外实验室和制药厂***用于 hERG通道药理学的研究。其通量比较高为16,即一次可同时记录16个细胞同时,其药物施加微量、快速,不仅用于药物筛选,还大量用于离子通道的基础研究。
膜片钳技术与其它技术相结合Neher等**将膜片钳技术与Fura2荧光测钙技术结合,同时进行如细胞内荧光强度、细胞膜离子通道电流及细胞膜电容等多指标变化的快速交替测定,这样便可得出同一事件过程中,多种因素各自的变化情况,进而可分析这些变化间的相互关系。Neher将可光解出钙离子的钙螯合物引入膜片钳技术,进而可以定量研究钙离子浓度与分泌率的关系及比较大分泌率等指标。他又创膜片钳的膜电容检测与碳纤电极电化学检测联合运用的技术。之后又将光电联合检测技术与碳纤电极电化学检测技术首先结合起来。这种结合既能研究分泌机制,又能鉴别分泌物质,还能互相弥补各单种方法的不足。Eberwine等于1991年首先将膜片钳技术与RT-PCR技术结合起来运用,可对形态相似而电活动不同的结果作出分子水平的解释,从此开始了膜片钳与分子生物学技术相结合的时代∶基因重组技术,膜通道蛋白重建技术。在细胞膜的电兴奋过程中,脂质层膜电容的反应是被动的,其电流电压曲线是线性的。
把膜电位钳位电压调到-80--100mV,再用钳位放大器的控制键把全细胞瞬态充电电流调定至零位(EPC-10的控制键称为C-slow和C-series;Axopatch200标为全细胞电容和系列电阻)。写下细胞的电容值Cc和未补整的系列电阻值Rs,用于消除全细胞瞬态电流,计算钳位的固定时间(即RsCc),然启根据欧姆定律从测定脉冲电流的振幅算出细胞的电阻RC。缓慢调节Rs旋钮注意测定脉冲反应的变化,逐渐增加补整的比例。如果RS补整非常接近振荡的阈值,RS或Cc的微细变化都会达到震荡的阈值,产生电压的振荡而使细胞受损。因此应当在RS补整水平写不稳定阈值之间留有10%-20%的余地为安全。准备资料收集和脉冲序列的测定。在膜电位改变时,在电场的作用下,重新分布导致通道的关闭,同时有电荷移动,称为门控电流。进口可升级膜片钳单细胞
神经递质的释放、腺体的分泌、肌肉的运动、学习和记忆。德国高通量全自动膜片钳电压钳制
细胞是动物和人体的基本单元,细胞与细胞内的通信是依靠其膜上的离子通道进行的,离子和离子通道是细胞兴奋的基础,亦即产生生物电信号的基础,生物电信号通常用电学或电子学方法进行测量。由此形成了一门细胞学科--电生理学。膜片钳技术已成为研究离子通道的黄金标准。
电压门控性离子通道:膜上通道蛋白的带点集团在膜电位改变时,在电场的作用下,重新分布导致通道的关闭,同时有电荷移动,称为门控电流。
配体门控离子通道:神经递质(如乙酰胆碱)、ji素等与通道蛋白上的特定位点结合,引起蛋白构像的改变,导致通道的打开。 德国高通量全自动膜片钳电压钳制