德國(guó)細(xì)胞膜片鉗離子電流

來(lái)源: 發(fā)布時(shí)間:2023-02-25

資料分析:一般電學(xué)性質(zhì)∶通過(guò)I/V關(guān)系計(jì)算得到單通道電導(dǎo),觀(guān)察通道有無(wú)整流。通過(guò)離子選擇性、翻轉(zhuǎn)電位或其它通道的條件初步確定通道類(lèi)型。通道動(dòng)力學(xué)分析∶開(kāi)放時(shí)間、開(kāi)放概率、關(guān)閉時(shí)間、通道的時(shí)間依賴(lài)性失活、開(kāi)放與關(guān)閉類(lèi)型(簇狀猝發(fā),Burst)樣開(kāi)放與閃動(dòng)樣短暫關(guān)閉(flickering),化學(xué)門(mén)控性通道的開(kāi)、關(guān)速率常數(shù)等數(shù)據(jù)。藥理學(xué)研究∶研究的藥物,阻斷劑、激動(dòng)劑或其它調(diào)制因素對(duì)通道活動(dòng)的影響情況。綜合分析得出結(jié)淪。膜電導(dǎo)測(cè)定的依據(jù)是電學(xué)中的歐姆定律。德國(guó)細(xì)胞膜片鉗離子電流

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離子通道的近代觀(guān)念源于Hodgkin、Huxley、Katz等人在20世紀(jì)30—50年代的開(kāi)創(chuàng)性研究。在1902年,Bernstein創(chuàng)造性地將Nernst的理論應(yīng)用到生物膜上,提出了“膜學(xué)說(shuō)”。他認(rèn)為在靜息狀態(tài)下,細(xì)胞膜只對(duì)鉀離子具有通透性;而當(dāng)細(xì)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(guò)。Cole等人在1939年進(jìn)行的高頻交變電流測(cè)量實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)動(dòng)作電位被觸發(fā)時(shí),雖然細(xì)胞的膜電導(dǎo)大為增加,但膜電容卻只略有下降,這個(gè)事實(shí)表明膜學(xué)說(shuō)所宣稱(chēng)的膜破裂的觀(guān)點(diǎn)是不可靠的。1949年Cole在玻璃微電極技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)明了電壓鉗位(voltage clamp technique)技術(shù)芬蘭細(xì)胞膜片鉗廠(chǎng)家一些學(xué)者建立了組織切片膜片鉗技術(shù)(Slicepatch),就能在哺乳動(dòng)物腦片制備上做全細(xì)胞記錄。

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膜片鉗放大器是整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的主要,它可用來(lái)作單通道或全細(xì)胞記錄,其工作模式可以是電壓鉗,也可以是電流鉗。從原理來(lái)說(shuō),膜片鉗放大器的探頭電路即I-V變換器有兩種基本結(jié)構(gòu)形式,即電阻反饋式和電容反饋式,前者是一種典型的結(jié)構(gòu),后者因用反饋電容取代了反饋電阻,降低了噪聲,所以特別適合較低噪聲的單通道記錄。由于供膜片鉗實(shí)驗(yàn)的專(zhuān)門(mén)的計(jì)算機(jī)硬件及相應(yīng)的軟件程序的相繼出現(xiàn),使得膜片鉗實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)便、效率提高。如與EPC-9型膜片鉗放大器(內(nèi)含ITC-16數(shù)據(jù)采集/接口卡)配套使用的軟件PULSE/PULSEFIT,它既可產(chǎn)生刺激波形,控制數(shù)據(jù)采集,又可分析數(shù)據(jù),同時(shí)具有用于膜電容監(jiān)測(cè)的鎖相放大器,多種軟件功能集成于一體。

膜片鉗的基本原理則是利用負(fù)反饋電子線(xiàn)路,將微電極前列所吸附的一個(gè)至幾個(gè)平方微米的細(xì)胞膜的電位固定在一定水平上,對(duì)通過(guò)通道的微小離子電流作動(dòng)態(tài)或靜態(tài)觀(guān)察,從而研究其功能。膜片鉗技術(shù)實(shí)現(xiàn)膜電流固定的關(guān)鍵步驟是在玻璃微電極前列邊緣與細(xì)胞膜之間形成高阻密封,其阻抗數(shù)值可達(dá)10~100GΩ(此密封電阻是指微電極內(nèi)與細(xì)胞外液之間的電阻)。由于此阻值如此之高,故基本上可看成絕緣,其上之電流可看成零,形成高阻密封的力主要有氫健、范德華力、鹽鍵等。此密封不僅電學(xué)上近乎絕緣,在機(jī)械上也是較牢固的。又由于玻璃微電極前列管徑很小,其下膜面積只約1μm2,在這么小的面積上離子通道數(shù)量很少,一般只有一個(gè)或幾個(gè)通道,經(jīng)這一個(gè)或幾個(gè)通道流出的離子數(shù)量相對(duì)于整個(gè)細(xì)胞來(lái)講很少,可以忽略,也就是說(shuō)電極下的離子電流對(duì)整個(gè)細(xì)胞的靜息電位的影響可以忽略,那么,只要保持電極內(nèi)電位不變,則電極下的一小片細(xì)胞膜兩側(cè)的電位差就不變,從而實(shí)現(xiàn)電位固定。維持細(xì)胞正常形態(tài)和功能完整性。

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實(shí)驗(yàn)溶液浸溶細(xì)胞溶液和微電極玻璃管內(nèi)的填充液成分對(duì)全細(xì)胞膜片鉗記錄也是很重要的內(nèi)容,這關(guān)系到封接的容易程度、細(xì)胞存活狀態(tài)及膜電位的狀態(tài)等。在實(shí)驗(yàn)記錄過(guò)程中,尤其是神經(jīng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn),需要迅速更換細(xì)胞浸溶液濃度以免受體敏感性降低(desensitization)或需要模擬快速突觸反應(yīng)的壽命。原則上細(xì)胞的浸溶液成分或玻璃管內(nèi)填充液成分應(yīng)該與細(xì)胞外或細(xì)胞內(nèi)間質(zhì)的成分相似,實(shí)際研究中,為了探討某些通道或電位特性,對(duì)這些實(shí)驗(yàn)溶液的成分或濃度會(huì)作必要調(diào)整,沒(méi)有哪種溶液是理想的。對(duì)離子通道功能的研究,主要采用記錄離子通道電流來(lái)間接反映離子通道功能。多通道膜片鉗電流鉗制

不同的全自動(dòng)膜片鉗技術(shù)所采用的原理也不完全相同。德國(guó)細(xì)胞膜片鉗離子電流

80年代初發(fā)展起來(lái)的膜片鉗技術(shù)(patchclamptechnique)為了解生物膜離子單通道的門(mén)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(guān)點(diǎn)。膜片鉗技術(shù)是一種以記錄通過(guò)離子通道的離子電流來(lái)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(lái)了巨大的前進(jìn)動(dòng)力。德國(guó)細(xì)胞膜片鉗離子電流

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