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日本單電極膜片鉗電流鉗制

來源: 發(fā)布時(shí)間:2021-11-12

離子通道是一種特殊的膜蛋白,它橫跨整個(gè)膜結(jié)構(gòu),是細(xì)胞內(nèi)部與部外聯(lián)系的橋梁和細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)交換的孔道,當(dāng)通道開放時(shí)。細(xì)胞內(nèi)外的一些無機(jī)離子如Na,kCa等帶電離子可經(jīng)通道順濃度梯度或電位梯度進(jìn)行跨膜擴(kuò)散,從而形成這些帶電離子在膜內(nèi)外的不同分布態(tài)勢(shì),這種態(tài)勢(shì)和在不同狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)變化是可興奮細(xì)胞靜息電位和動(dòng)作電的基礎(chǔ)。這些無機(jī)離子通過離子通道的進(jìn)圍所產(chǎn)生的電活動(dòng)是生命活動(dòng)的基礎(chǔ),只有在此基礎(chǔ)上才可能有腺體分泌、肌肉收縮、基因表達(dá)、新陳代謝等生命活動(dòng)。離子通道結(jié)構(gòu)和功能障礙決定了許多疾病的發(fā)生和發(fā)展。因此,了解離子通道的結(jié)構(gòu)、功能以及結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系對(duì)于從分子水平深入探討某些疾病的病理生理機(jī)制、發(fā)現(xiàn)特異藥物或措施等均具有十分重要的理論和實(shí)際意義。在細(xì)胞膜的電學(xué)模型中,膜電容和膜電導(dǎo)構(gòu)成了一個(gè)并聯(lián)回路。日本單電極膜片鉗電流鉗制

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鈣成像技術(shù)被廣泛應(yīng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)神經(jīng)元、心肌以及多種細(xì)胞胞內(nèi)鈣離子的變化,從而檢測(cè)神經(jīng)元、心肌的活動(dòng)情況。這些技術(shù)是人們觀測(cè)神經(jīng)以及多種細(xì)胞活動(dòng)為直接的手段,現(xiàn)已發(fā)展為生命科學(xué)研究的熱點(diǎn),也是國家自然科學(xué)基金等鼓勵(lì)申報(bào)的重要領(lǐng)域。光遺傳學(xué)調(diào)控技術(shù)是近幾年正在迅速發(fā)展的一項(xiàng)整合了光學(xué)、基因操作技術(shù)、電生理等多學(xué)科交叉的生物技術(shù)。NatureMethods雜志將此技術(shù)評(píng)為"Methodoftheyear2010"[19];美國麻省理工學(xué)院科技評(píng)述(MITTechnologyReview,2010)在其總結(jié)性文章"Theyearinbiomedicine"中指出:光遺傳學(xué)調(diào)控技術(shù)現(xiàn)已經(jīng)迅速成為生命科學(xué),特別是神經(jīng)和心臟研究領(lǐng)域中熱門的研究方向之一。目前這一技術(shù)正在被全球幾百家從事心臟學(xué)、神經(jīng)科學(xué)和神經(jīng)工程研究的實(shí)驗(yàn)室使用,幫助科學(xué)家們深入理解大腦的功能,進(jìn)而為深刻認(rèn)識(shí)神經(jīng)、精神疾病、心血管疾病的發(fā)病機(jī)理并研發(fā)針對(duì)疾病干預(yù)和的新技術(shù)。德國單電極膜片鉗多少錢膜電導(dǎo)測(cè)定的依據(jù)是電學(xué)中的歐姆定律。

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離子選擇性(selectivity)(大小和電荷)∶某一種離子只能通過與其相應(yīng)的通道跨膜擴(kuò)散(安靜∶K>Na100倍、興奮;Na>K10-20倍);各離子通道在不同狀態(tài)下,對(duì)相應(yīng)離子的通透性不同。門控特性(Gating)∶失活狀態(tài)不僅是通道處于關(guān)閉狀態(tài),而且只有在經(jīng)過一個(gè)額外刺激使通道從失活關(guān)閉狀態(tài)進(jìn)入靜息關(guān)閉狀態(tài)后,通道才能再度接受外界刺激而***開放。離子通道的功能(FunctionoflonChannels)1.產(chǎn)生細(xì)胞生物電現(xiàn)象,與細(xì)胞興奮性相關(guān)。2.神經(jīng)遞質(zhì)的釋放、腺體的分泌、肌肉的運(yùn)動(dòng)、學(xué)習(xí)和記憶3.維持細(xì)胞正常形態(tài)和功能完整性膜離子通道的基因變異及功能障礙與許多疾病有關(guān),某些先天性與后天獲得性疾病是離子通道基因缺陷與功能改變的結(jié)果,稱為離子通道?。╥onchannelpathies)。

膜片鉗技術(shù)本質(zhì)上也屬于電壓鉗范疇,兩者的區(qū)別關(guān)鍵在于:①膜電位固定的方法不同;②電位固定的細(xì)胞膜面積不同,進(jìn)而所研究的離子通道數(shù)目不同。電壓鉗技術(shù)主要是通過保持細(xì)胞跨膜電位不變,并迅速控制其數(shù)值,以觀察在不同膜電位條件下膜電流情況。因此只能用來研究整個(gè)細(xì)胞膜或一大塊細(xì)胞膜上所有離子通道活動(dòng)。目前電壓鉗主要用于巨大細(xì)胞的全性能電流的研究,特別在分子克隆的卵母細(xì)胞表達(dá)電流的鑒定中發(fā)揮著其他技術(shù)不能替代的作用。該技術(shù)的主要缺陷是必須在細(xì)胞內(nèi)插入兩個(gè)電極,對(duì)細(xì)胞損傷很大,在小細(xì)胞如元,就難以實(shí)現(xiàn),又因細(xì)胞形態(tài)復(fù)雜,很難保持細(xì)胞膜各處生物特性的一致。Neher將膜片鉗技術(shù)與Fura 2 熒光測(cè)鈣技術(shù)結(jié)合。

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過去認(rèn)為,膜片鉗只能在培養(yǎng)細(xì)胞或酶解的細(xì)胞上進(jìn)行,這樣得到的細(xì)胞膜表面比較光滑,才能夠形成高阻封接,但缺點(diǎn)是組織的正常三維結(jié)構(gòu)被破壞,并且對(duì)神經(jīng)中樞內(nèi)突觸特有的傳遞機(jī)能的研究無法展開。于是,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。1992年,在腦片膜片鉗技術(shù)上,美國Ferster實(shí)驗(yàn)室報(bào)道在在體貓的視皮層用膜片鉗全細(xì)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(jìn)行,而且可同時(shí)在這兩個(gè)不同的部位作膜片鉗記錄。在青蛙肌細(xì)胞上用雙電極鉗制膜電位的同時(shí),記錄到ACh啟動(dòng)的單通道離子電流,從而產(chǎn)生了膜片鉗技術(shù)。高通量全自動(dòng)膜片鉗電壓鉗制

這一技術(shù)的發(fā)現(xiàn)和基因克隆技術(shù)并架齊驅(qū),給生命科學(xué)研究帶來了巨大的前進(jìn)動(dòng)力。日本單電極膜片鉗電流鉗制

Flip-Tip翻轉(zhuǎn)技術(shù)、將一定密度的細(xì)胞懸液灌注在玻璃電極中,下降到電極前列的單個(gè)細(xì)胞通過在電極外施加負(fù)壓可以與玻璃電極前列形成穩(wěn)定的高阻封接,打破露在玻璃電極前列開口外的細(xì)胞膜就形成了全細(xì)胞記錄模式。德國Flyion公司的Flyscreen8500系統(tǒng)采用的就是這一技術(shù),其通量比較高為6,即一次可同時(shí)記錄6個(gè)細(xì)胞。它的***特點(diǎn)是∶(1)仍然采用玻璃毛坯作為電極(2)藥物施加微量、快速。SealChip技術(shù);完全摒棄了玻璃電極,而是采用SealChip平面電極芯片一定密度的細(xì)胞懸液灌注在芯片上面,隨機(jī)下降到芯片上約1-2μm的孔上并在自動(dòng)負(fù)壓的吸引下形成高阻封接,打破孔下面的細(xì)胞膜形成全細(xì)胞記錄模式。采用這一技術(shù)的美國Axon(MDS)公司的PatchXpress7000A系統(tǒng)是高通量全自動(dòng)膜片鉗技術(shù)的典范,是離子通道藥物研發(fā)的**性工具,在國外實(shí)驗(yàn)室和制藥廠***用于hERG通道藥理學(xué)的研究。其通量比較高為16,即一次可同時(shí)記錄16個(gè)細(xì)胞同時(shí),其藥物施加微量、快速,不僅用于藥物篩選,還大量用于離子通道的基礎(chǔ)研究。日本單電極膜片鉗電流鉗制

與膜片鉗相關(guān)的擴(kuò)展資料:

【更多】
膜片鉗又稱單通道電流記錄技術(shù),用特制的玻璃微吸管吸附于 細(xì)胞表面,使之形成10~100的密封(giga-seal),又稱巨阻封接,被孤立的小膜片面積為μm量級(jí),內(nèi)中*有少數(shù) 離子通道。然后對(duì)該膜片實(shí)行 電壓鉗位,可測(cè)量單個(gè)離子通道開放產(chǎn)生的pA(10的負(fù)12次方安培)量級(jí)的電流,這種通道開放是一種隨機(jī)過程。通過觀測(cè)單個(gè)通道開放和關(guān)閉的電流變化,可直接得到各種 離子通道開放的電流 幅值分布、開放幾率、開放壽命分布等功能參量,并分析它們與 膜電位、離子濃度等之間的關(guān)系。還可把吸管吸附的膜片從細(xì)胞膜上分離出來,以膜的外側(cè)向外或膜的內(nèi)側(cè)向外等方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。這種技術(shù)對(duì) 小細(xì)胞的 電壓鉗位、改變膜內(nèi)外溶液成分以及施加藥物都很方便。 1976年德國 馬普生物物理化學(xué)研究所Neher和Sakmann***在青蛙肌細(xì)胞上用雙電極鉗制 膜電位的同時(shí),記錄到ACh***的單通道 離子電流,從而產(chǎn)生了 膜片鉗技術(shù)。