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膜片钳的基本原理则是利用负反馈电子线路,将微电极前列所吸附的一个至几个平方微米的细胞膜的电位固定在一定水平上,对通过通道的微小离子电流作动态或静态观察,从而研究其功能。膜片钳技术实现膜电流固定的关键步骤是在玻璃微电极前列边缘与细胞膜之间形成高阻密封,其阻抗数值可达10~100GΩ(此密封电阻是指微电极内与细胞外液之间的电阻)。由于此阻值如此之高,故基本上可看成绝缘,其上之电流可看成零,形成高阻密封的力主要有氢健、范德华力、盐键等。此密封不仅电学上近乎绝缘,在机械上也是较牢固的。又由于玻璃微电极前列管径很小,其下膜面积只约1μm2,在这么小的面积上离子通道数量很少,一般只有一个或几个通道,经这一个或几个通道流出的离子数量相对于整个细胞来讲很少,可以忽略,也就是说电极下的离子电流对整个细胞的静息电位的影响可以忽略,那么,只要保持电极内电位不变,则电极下的一小片细胞膜两侧的电位差就不变,从而实现电位固定。Neher将膜片钳技术与Fura 2 荧光测钙技术结合。进口全细胞膜片钳细胞功能特性
全细胞膜片钳记录(whole-cellpatch-clamprecording)是应用*早,也是*广的钳位技术,它相当于连续的单电极电压钳位记录,也就是说全细胞记录类似于传统的细胞内记录,但它具有更大的优越性,如高分辨率、低噪声、极好的稳定性以及能控制细胞内的成分等。全细胞记录技采测定的是一个细胞内全部**通道的电流,记录过程中电极的溶液取代了原细胞质的成分。虽然膜片钳记录技术与*初的单电极电压钳位相比进步了很多,尤其在单离子通道钳位记录方面,细胞或脑片的组织选择及实验溶液的制备仍然是很重要的步骤。进口细胞膜片钳哪家好膜片钳记录技术与较早的单电极电压钳位相比进步了很多,尤其在单离子通道钳位记录方面。
膜片钳技术本质上也属于电压钳范畴,两者的区别关键在于:①膜电位固定的方法不同;②电位固定的细胞膜面积不同,进而所研究的离子通道数目不同。电压钳技术主要是通过保持细胞跨膜电位不变,并迅速控制其数值,以观察在不同膜电位条件下膜电流情况。因此只能用来研究整个细胞膜或一大块细胞膜上所有离子通道活动。目前电压钳主要用于巨大细胞的全性能电流的研究,特别在分子克隆的卵母细胞表达电流的鉴定中发挥着其他技术不能替代的作用。该技术的主要缺陷是必须在细胞内插入两个电极,对细胞损伤很大,在小细胞如元,就难以实现,又因细胞形态复杂,很难保持细胞膜各处生物特性的一致。
对药物作用机制的研究,在通道电流记录中,可分别于不同时间、不同部位(膜内或膜外)施加各种浓度的药物,研究它们对通道功能的可能影响,了解那些选择性作用于通道的药物影响人和动物生理功能的分子机理。这是目前膜片钳技术应用普遍的领域,既有对西药药物机制的探讨,也普遍用在重要药理的研究上。如开丽等报道细胞贴附式膜片钳单通道记录法观测到人参二醇组皂苷可控制正常和“缺血”诱导的大鼠大脑皮层神经元L-型钙通道的开放,从而减少钙内流,对缺血细胞可能有保护作用。陈龙等报道采用细胞贴附式单通道记录法发现乌头碱对培养的Wistar大鼠心室肌细胞L-型钙通道有阻滞作用。膜电位Vm由高输入阻抗的电压跟随器所测量。
离子通道是一种特殊的膜蛋白,它横跨整个膜结构,是细胞内部与部外联系的桥梁和细胞内外物质交换的孔道,当通道开放时。细胞内外的一些无机离子如Na,kCa等带电离子可经通道顺浓度梯度或电位梯度进行跨膜扩散,从而形成这些带电离子在膜内外的不同分布态势,这种态势和在不同状态下的动态变化是可兴奋细胞静息电位和动作电的基础。这些无机离子通过离子通道的进围所产生的电活动是生命活动的基础,只有在此基础上才可能有腺体分泌、肌肉收缩、基因表达、新陈代谢等生命活动。离子通道结构和功能障碍决定了许多疾病的发生和发展。因此,了解离子通道的结构、功能以及结构与功能的关系对于从分子水平深入探讨某些疾病的病理生理机制、发现特异药物或措施等均具有十分重要的理论和实际意义。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。进口全细胞膜片钳细胞功能特性
典型的单通道电流呈一种振幅相同而持续时间不等的脉冲样变化。进口全细胞膜片钳细胞功能特性
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<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。进口全细胞膜片钳细胞功能特性
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