日本全自動膜片鉗細胞功能特性

不同的全自動膜片鉗技術所采用的原理如PopulationPatchClamp技術∶同SealChip技術一樣，完全摒齊了玻璃電極，而是采用PatchPlate平面電極芯片。該芯片含有多個小室，每個小室中含有很多1-2μm的封接孔。在記錄時，每個小室中封接成功的細胞|數(shù)目較多，獲得的記錄是這些細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Axon（MDS）公司采用這一技術研發(fā)出了全自動高通量的lonWorksQuattro系統(tǒng)，成為藥物初期篩選的金標準在青蛙肌細胞上用雙電極鉗制膜電位的同時，記錄到ACh啟動的單通道離子電流，從而產(chǎn)生了膜片鉗技術。日本全自動膜片鉗細胞功能特性

細胞是動物和人體的基本單元，細胞與細胞內的通信是依靠其膜上的離子通道進行的，離子和離子通道是細胞興奮的基礎，亦即產(chǎn)生生物電信號的基礎，生物電信號通常用電學或電子學方法進行測量。由此形成了一門細胞學科--電生理學。膜片鉗技術已成為研究離子通道的黃金標準。電壓門控性離子通道：膜上通道蛋白的帶點集團在膜電位改變時，在電場的作用下，重新分布導致通道的關閉，同時有電荷移動，稱為門控電流。配體門控離子通道：神經(jīng)遞質（如乙酰膽堿）、ji素等與通道蛋白上的特定位點結合，引起蛋白構像的改變，導致通道的打開。膜片鉗離子電流在細胞膜的電興奮過程中，脂質層膜電容的反應是被動的，其電流電壓曲線是線性的。

離子通道的近代觀念源于Hodgkin、Huxley、Katz等人在20世紀30—50年代的開創(chuàng)性研究。在1902年，Bernstein創(chuàng)造性地將Nernst的理論應用到生物膜上，提出了“膜學說”。他認為在靜息狀態(tài)下，細胞膜只對鉀離子具有通透性；而當細胞興奮的瞬間，膜的破裂使其喪失了選擇通透性，所有的離子都可以自由通過。Cole等人在1939年進行的高頻交變電流測量實驗表明，當動作電位被觸發(fā)時，雖然細胞的膜電導大為增加，但膜電容卻只略有下降，這個事實表明膜學說所宣稱的膜破裂的觀點是不可靠的。1949年Cole在玻璃微電極技術的基礎上發(fā)明了電壓鉗位（voltage clamp technique）技術

過去認為，膜片鉗只能在培養(yǎng)細胞或酶解的細胞上進行，這樣得到的細胞膜表面比較光滑，才能夠形成高阻封接，但缺點是組織的正常三維結構被破壞，并且對神經(jīng)中樞內突觸特有的傳遞機能的研究無法展開。于是，一些學者建立了組織切片膜片鉗技術（Slicepatch），就能在哺乳動物腦片制備上做全細胞記錄。1992年，在腦片膜片鉗技術上，美國Ferster實驗室報道在在體貓的視皮層用膜片鉗全細胞記錄研究了視刺激誘發(fā)的興奮性和***性突觸后電位相互影響及節(jié)律性膜電位的變化規(guī)律。1993年，德國的Dodt和Sakmann合作，利用紅外電視顯微鏡監(jiān)視，使得膜片鉗記錄不但能夠在神經(jīng)元胞體及其樹突上進行，而且可同時在這兩個不同的部位作膜片鉗記錄。Neher將膜片鉗技術與Fura 2 熒光測鈣技術結合。

膜片鉗放大器的工作模式;（1）電壓鉗模式∶在鉗制細胞膜電位的基礎上改變膜電位，記錄離子通道電流的變化，記錄的是諸如通道電流;EPSC;IPSC等電流信號。是膜片鉗的基本工作模式.（2）屯流鉗素向細胞內注入刺激電流，記錄膜電位對刺激電流的反應。記錄的是諸如動作電位，EPSP;IPSP等電壓信號。膜片鉗技術實現(xiàn)膜電位固定的關鍵是在玻璃微電極前列邊緣與細胞膜之間形成高阻（10GΩ）密封，使電極前列開口處相接的細胞膜片與周圍環(huán)境在電學上隔離，并通過外加命令電壓鉗制膜電位。全自動膜片鉗技術的出現(xiàn)標志著膜片鉗技術已經(jīng)發(fā)展到了一個嶄新階段。進口高通量全自動膜片鉗電生理技術

封接（seal）是膜片鉗記錄的關鍵步驟之一。日本全自動膜片鉗細胞功能特性

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型。細胞吸附膜片(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胞膜表面上，形成高阻封接，在細胞膜表面隔離出一小片膜，既而通過微管電極對膜片進行電壓鉗制，分辨測量膜電流，稱為細胞貼附膜片。由于不破壞細胞的完整性，這種方式又稱為細胞膜上的膜片記錄。此時跨膜電位由玻管固定電位和細胞電位決定。因此，為測定膜片兩側的電位，需測定細胞膜電位并從該電位減去玻管電位。從膜片的通道活動看，這種形式的膜片是極穩(wěn)定的，因細胞骨架及有關代謝過程是完整的，所受的干擾小。日本全自動膜片鉗細胞功能特性

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