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(gòu)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(cè)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(guān)代謝過程是完整的,所受的干擾小。膜片鉗的設(shè)計使得夾持力均勻,不會損壞薄片材料。德國雙分子層膜片鉗系統(tǒng)
1937年,Hodgkin和Huxley在烏賊巨大神經(jīng)軸突細胞內(nèi)實現(xiàn)細胞內(nèi)電記錄,獲1963年Nobel獎1946年,凌寧和Gerard創(chuàng)造拉制出前列直徑小于1μm的玻璃微電極,并記錄了骨骼肌的電活動。玻璃微電極的應(yīng)用使的電生理研究進行了重命性的變化。Voltageclamp(電壓鉗技術(shù))由Cole和Marmont發(fā)明,并很快由Hodgkin和Huxley完善,真正開始了定量研究,建立了H一H模型(膜離子學(xué)說),是近代興奮學(xué)說的基石。1948年,Katz利用細胞內(nèi)微電極技術(shù)記錄到了終板電位;1969年,又證實N—M接觸后的Ach以"量子式"釋放,獲1976年Nobel獎。1976年,德國的Neher和Sakmann發(fā)明PatchClamp(膜片鉗)。并在蛙橫紋肌終板部位記錄到乙酰膽堿引起的通道電流。滔博生物TOP-Bright專注基于多種離子通道靶點的化合物體外篩選,服務(wù)于全球藥企的膜片鉗公司,快速獲得實驗結(jié)果,專業(yè)團隊,7*42小時隨時人工在線咨詢.進口多通道膜片鉗市場價神經(jīng)遞質(zhì)的釋放、腺體的分泌、肌肉的運動、學(xué)習(xí)和記憶。
膜片鉗技術(shù)原理:膜片鉗技術(shù)是用玻璃微電極吸管把只含1-3個離子通道、面積為幾個平方微米的細胞膜通過負壓吸引封接起來(見右圖),由于電極前列與細胞膜的高阻封接,在電極前列籠罩下的那片膜事實上與膜的其他部分從電學(xué)上隔離,因此,此片膜內(nèi)開放所產(chǎn)生的電流流進玻璃吸管,用一個極為敏感的電流監(jiān)視器(膜片鉗放大器)測量此電流強度,就單一離子通道電流膜片鉗技術(shù)的建立,對生物學(xué)科學(xué)特別是神經(jīng)科學(xué)是一資有重大意義的變革。這是一種以記錄通過離子通道的離子電流來反映細胞膜單一的(或多個的離子通道分子活動的技術(shù)。滔博生物TOP-Bright專注基于多種離子通道靶點的化合物體外篩選,服務(wù)于全球藥企的膜片鉗公司,快速獲得實驗結(jié)果,專業(yè)團隊,7*30小時隨時人工在線咨詢.
對單細胞形態(tài)與功能關(guān)系的研究,將膜片鉗技術(shù)與單細胞逆轉(zhuǎn)錄多聚酶鏈?zhǔn)欠磻?yīng)技術(shù)結(jié)合,在全細胞膜片鉗記錄下,將單細胞內(nèi)容物或整個細胞(包括細胞膜)吸入電極中,將細胞內(nèi)存在的各種mRNA全部快速逆轉(zhuǎn)錄成cDNA,再經(jīng)常規(guī)PCR擴增及待檢的特異mRNA的檢測,借此可對形態(tài)相似而電活動不同的結(jié)果做出分子水平的解釋或為單細胞逆轉(zhuǎn)錄多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)提供標(biāo)本,為同一結(jié)構(gòu)中形態(tài)非常相似但功能不同的事實提供分子水平的解釋。目前國際上掌握此技術(shù)的實驗室較少,我國北京大學(xué)神經(jīng)科學(xué)研究所于1994年在國內(nèi)率先開展。膜片鉗技術(shù)的建立,對生物學(xué)科學(xué)特別是神經(jīng)科學(xué)是一資有重大意義的變革。
在心血管藥理研究中的應(yīng)用,隨著膜片鉗技術(shù)在心血管方面的廣泛應(yīng)用,對血管疾病和藥物作用的認(rèn)識不僅得到了不斷更新,而且在其病因?qū)W與藥理學(xué)方面還形成了許多新的觀點。正如諾貝爾基金會在頒獎時所說:“Neher和Sadmann的貢獻有利于了解不同疾病機理,為研制新的更為的藥物開辟了道路”。目前在離子通道高通量篩選中主要是進行樣品量大、篩選速度占優(yōu)勢、信息量要求不太高的初級篩選。近幾年,分別形成了以膜片鉗和熒光探針為基礎(chǔ)的兩大主流技術(shù)市場。將電生理研究信息量大、靈敏度高等特點與自動化、微量化技術(shù)相結(jié)合,產(chǎn)生了自動化膜片鉗等一些新技術(shù)。滔博生物TOP-Bright專注基于多種離子通道靶點的化合物體外篩選,服務(wù)于全球藥企的膜片鉗公司,快速獲得實驗結(jié)果,專業(yè)團隊,7*52小時隨時人工在線咨詢.屯流鉗素向細胞內(nèi)注入刺激電流,記錄膜電位對刺激電流的反應(yīng)。進口腦片膜片鉗系統(tǒng)
膜片鉗通常由兩個平行的、彎曲的鉗臂組成,鉗臂的末端有一對夾持墊,可以夾住薄片材料。德國雙分子層膜片鉗系統(tǒng)
電壓鉗技術(shù)是由科爾發(fā)明的,并在20世紀(jì)初由霍奇金和赫胥黎完善。其設(shè)計的主要目的是證明動作電位的產(chǎn)生機制,即動作電位的峰值電位是由于膜對鈉的通透性瞬間增加。但當(dāng)時還沒有直接測量膜通透性的方法,所以用膜電導(dǎo)來測量離子通透性。膜電導(dǎo)測量的基礎(chǔ)是電學(xué)中的歐姆定律,如膜Na電導(dǎo)GNa與電化學(xué)驅(qū)動力(Em-ENa)的關(guān)系,膜電流INaGNa=INa/(Em-ENa)。因此,可以通過測量膜電流,然后利用歐姆定律來計算膜電導(dǎo)。然而,膜電導(dǎo)可以通過使用膜電流來計算。這個條件是通過電壓鉗技術(shù)實現(xiàn)的。下一張幻燈片中右邊的兩張圖顯示了squid的動作電位和動作電位過程中膜電流的變化,這是霍奇金和赫胥黎在半個世紀(jì)前用電壓鉗記錄的。他們的實驗證明了參與動作電位的離子電流由三種成分組成:Na、K、Cl。對這些離子流進行了定量分析。這項技術(shù)為闡明動作電位的本質(zhì)和離子通道的研究做出了巨大貢獻。德國雙分子層膜片鉗系統(tǒng)