多通道膜片钳脑片

目前，绝大多数离子通道的一级结构得到了阐明但根本的还是要搞清楚各种离子通道的三维结构，在这方面，美国的二位科学家彼得阿格雷和罗德里克麦金农做出了一些开创性的工作，他们到用X光绕射方法得到了K离子通道的三维结构，二位因此获得2003年诺贝系化学奖。有关离子通道结构不是本PPT的重点，可参考杨宝峰的<离子通道药理学>和Hill的<lonicChannelsOfExcitableMembranes》。对离子通道功能的研究，主要采用记录离子通道电流来间接反映离子通道功能，目前有如下两种技术：电压钳技术（VoltageClamp），膜片钳（patchclamp）技术。膜片钳通常由两个平行的、弯曲的钳臂组成，钳臂的末端有一对夹持垫，可以夹住薄片材料。多通道膜片钳脑片

膜片钳在通道研究中起着重要的作用。膜片钳技术可以直接观察和区分单个离子通道电流及其开闭时间，区分离子通道的离子选择性，同时发现新的离子通道和亚型，在记录单细胞电流和全细胞电流的基础上，进一步计算细胞膜上的通道数和开放概率。也可用于研究某些细胞内或细胞外物质对离子通道的开闭和通道电流的影响。同时用于研究细胞信号的跨膜转导和细胞分泌机制。结合分子克隆和定点突变技术，膜片钳技术可用于研究离子通道的分子结构与生物学功能的关系。膜片钳技术也可用于分析药物对其靶受体的作用位点。例如，神经元烟碱受体是配体门控离子通道，膜片钳全细胞记录技术可以通过记录烟碱诱发电流，直接反映神经元烟碱受体活动的全过程，包括受体与其激动剂和拮抗剂的亲和力、离子通道开闭的动态特征、受体的***等。用膜片钳全细胞记录技术观察拮抗剂对烟碱受体兴奋的量效曲线的影响，以确定其作用的动态特征。然后根据拮抗剂对受体***的影响分析，拮抗剂的作用是否是电压依赖性和使用依赖性的，我们可以从功能上区分拮抗剂对烟碱受体的不同作用位点，即判断拮抗剂是作用于受体的激动剂识别位点、离子通道还是其他变构位点。日本高通量全自动膜片钳电生理技术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。

电压钳的缺点:目前电压钳技术主要用于研究巨火细胞的全细胞电流，特别是在分子克隆卵母细胞表达电流的鉴定中，发挥着不可替代的作用。然而，它也有其致命的弱点:1。微电极需要刺穿细胞膜进入细胞，导致细胞质丢失，破坏细胞生理功能的完整性；2、不能确定单通道电流。由于电压钳位薄膜面积大，包含大量随机开关的通道，背景噪声大，往往会掩盖单通道的电流。3.在小细胞(如直径10-30μm的哺乳动物细胞)上进行电压钳实验，技术难度更大。因为电极需要插入到细胞中，所以微电极的前端必须做得非常薄。如此薄的前端导致电极阻抗较大，往往为60~-80mω或120~150MΩ(视灌注液不同而定)。如此大的电极阻抗，不利于用细胞内电流钳或电压钳记录时，短时间(0.1μs)内将电流注入细胞，从而达到钳制膜电压或膜电流的目的。此外，插在小电池上的两个电极会产生电容并降低电压测量电极的反应能力。

细胞是动物和人体的基本组成单元，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（electrophysiology），即是用电生理的方法来记录和分析细胞产生电的大小和规律的科学。早期的研究多使用双电极电压钳技术作细胞内电活动的记录。现代膜片钳技术是在电压钳技术的基础上发展起来的。膜片钳技术的建立，对生物学科学特别是神经科学是一资有重大意义的变革。

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）。细胞膜由脂类双分子层和和蛋白质构成。细胞膜片钳电生理工具

一些学者建立了组织切片膜片钳技术（Slicepatch），就能在哺乳动物脑片制备上做全细胞记录。多通道膜片钳脑片

离子通道结构研究∶目前，绝大多数离子通道的一级结构得到了阐明但根本的还是要搞清楚各种离子通道的三维结构，在这方面，美国的二位科学家彼得阿格雷和罗德里克麦金农做出了一些开创性的工作，他们到用X光绕射方法得到了K离子通道的三维结构，二位因此获得2003年诺贝系化学奖。有关离子通道结构不是本PPT的重点，可参考杨宝峰的<离子通道药理学>和Hill的