膜片钳基本参数
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膜片钳企业商机

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。小片膜的孤立使对单个离子通道进行研究成为可能。德国细胞膜片钳蛋白质分子水平

德国细胞膜片钳蛋白质分子水平,膜片钳

膜片钳技术发展历史:1976年德国马普生物物理化学研究所Neher和Sakmann在青蛙肌细胞上用双电极钳制膜电位的同时,记录到ACh启动的单通道离子电流,从而产生了膜片钳技术。1980年Sigworth等在记录电极内施加5-50cmH2O的负压吸引,得到10-100GΩ的高阻封接(Giga-seal),明显降低了记录时的噪声实现了单根电极既钳制膜片电位又记录单通道电流的突破。1981年Hamill和Neher等对该技术进行了改进,引进了膜片游离技术和全细胞记录技术,从而使该技术更趋完善,具有1pA的电流灵敏度、1μm的空间分辨率和10μs的时间分辨率。1983年10月,《Single-ChannelRecording》一书问世,奠定了膜片钳技术的里程碑。Sakmann和Neher也因其杰出的工作和突出贡献,荣获1991年诺贝尔医学和生理学奖。多通道膜片钳电压钳制了解离子通道的功能以及结构的关系对于从分子水平深入探讨某些疾病措施等均具有十分重要的理论和实际意义。

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1976年德国马普生物物理化学研究所Neher和Sakmann在青蛙肌细胞上用双电极钳制膜电位的同时,记录到ACh启动的单通道离子电流,从而产生了膜片钳技术。1980年Sigworth等在记录电极内施加5-50cmH2O的负压吸引,得到10-100GΩ的高阻封接(Giga-seal),明显降低了记录时的噪声实现了单根电极既钳制膜片电位又记录单通道电流的突破。1981年Hamill和Neher等对该技术进行了改进,引进了膜片游离技术和全细胞记录技术,从而使该技术更趋完善,具有1pA的电流灵敏度、1μm的空间分辨率和10μs的时间分辨率。1983年10月,《Single-ChannelRecording》一书问世,奠定了膜片钳技术的里程碑。Sakmann和Neher也因其杰出的工作和突出贡献,荣获1991年诺贝尔医学和生理学奖。

电压钳的原理∶用两根前列直径0.5um的电极插入细胞内,一根电极用作记录电极以记录跨膜电位,用另一根电极作为电流注入电极,以固定膜电位。从而实现固定膜电位的同时记录膜电流。电位记录电极引导的膜电位(Vm)输入电压钳放大器的负输入端,而人为控制的指令电位(Vc)输入正输入端,放大器的正负输入端子等电位,向正输入端子施加指令电位(Vc)时,经过短路负端子可使膜片等电较,即Vm=Vc,从而达到电位钳制的目的,并可维持一定的时间。Vc的不同变化将导致Vm的变化,从而引起细胞膜上电压依赖性离子通道的开放,通道开放引起的离子流反过来又引起Vm的变化,致使Vm≠Vc,Vc与Vm的任何差值都会导致放大器有电压输出,将相反极性的电流注入细胞,以使Vc=Vm,注入电流的大小与跨膜离子流相等,但方向相反。因而注入的电流被认为是标本兴奋时的跨膜电流值(通道电流)。Neher将膜片钳技术与Fura 2 荧光测钙技术结合。

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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PatchXpress7000A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。现代膜片钳技术是在电压钳技术的基础上发展起来的。德国全自动膜片钳实验操作

膜电位Vm由高输入阻抗的电压跟随器所测量。德国细胞膜片钳蛋白质分子水平

不同的全自动膜片钳技术所采用的原理如PopulationPatchClamp技术∶同SealChip技术一样,完全摒齐了玻璃电极,而是采用PatchPlate平面电极芯片。该芯片含有多个小室,每个小室中含有很多1-2μm的封接孔。在记录时,每个小室中封接成功的细胞|数目较多,获得的记录是这些细胞通道电流的平均值。因此,不同小室其通道电流的一致性非常好,变异系数很小。美国Axon(MDS)公司采用这一技术研发出了全自动高通量的lonWorksQuattro系统,成为药物初期筛选的金标准德国细胞膜片钳蛋白质分子水平

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膜片钳又称单通道电流记录技术,用特制的玻璃微吸管吸附于 细胞表面,使之形成10~100的密封(giga-seal),又称巨阻封接,被孤立的小膜片面积为μm量级,内中*有少数 离子通道。然后对该膜片实行 电压钳位,可测量单个离子通道开放产生的pA(10的负12次方安培)量级的电流,这种通道开放是一种随机过程。通过观测单个通道开放和关闭的电流变化,可直接得到各种 离子通道开放的电流 幅值分布、开放几率、开放寿命分布等功能参量,并分析它们与 膜电位、离子浓度等之间的关系。还可把吸管吸附的膜片从细胞膜上分离出来,以膜的外侧向外或膜的内侧向外等方式进行实验研究。这种技术对 小细胞的 电压钳位、改变膜内外溶液成分以及施加药物都很方便。 1976年德国 马普生物物理化学研究所Neher和Sakmann***在青蛙肌细胞上用双电极钳制 膜电位的同时,记录到ACh***的单通道 离子电流,从而产生了 膜片钳技术。
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