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(xiàn)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(jìn)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(tuán)隊,7*52小時隨時人工在線咨詢.一些學(xué)者建立了組織切片膜片鉗技術(shù)(Slicepatch),就能在哺乳動物腦片制備上做全細(xì)胞記錄。日本全細(xì)胞膜片鉗系統(tǒng)
膜片鉗技術(shù)的發(fā)展∶全自動膜片鉗技術(shù)(Automated patch clamp technique)的出現(xiàn)標(biāo)志著膜片鉗技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了一個嶄新階段,從這個意義上說,前面所講的膜片鉗技術(shù)我們稱之為傳統(tǒng)膜片鉗技術(shù)( Traditional patch clamp technique),傳統(tǒng)膜片鉗技術(shù)每次只能記錄一個細(xì)胞(或一對細(xì)胞),對實驗人員來說是一項耗時耗力的工作,不適合在藥物開發(fā)初期和中期進(jìn)行大量化合物的篩選,也不適合需要記錄火量細(xì)胞的基礎(chǔ)實驗研究。全自動膜片鉗技術(shù)的出現(xiàn)在很大程度上解決了這些問題,它不僅通量高,一次能記錄幾個甚至幾十個細(xì)胞,而且從找細(xì)胞、形成封接、破膜等整個實驗操作實現(xiàn)了自動化,免除了這些操作的復(fù)雜與困難。這兩個優(yōu)點使得膜片鉗技術(shù)的工作效率提高了!全自動膜片鉗技術(shù)采用的標(biāo)本必須是懸浮細(xì)胞,像腦片這類標(biāo)本無法采用。此外,全自動膜片鉗技術(shù)只能進(jìn)行全細(xì)胞記錄模式、穿孔膜片鉗記錄模式以及細(xì)胞貼附式單通道記錄模式,而不能進(jìn)行其他模式的記錄。雙分子層膜片鉗細(xì)胞功能特性這是一種以記錄通過離子通道的離子電流來反映細(xì)胞膜單一的或多個的離子通道分子活動的技術(shù)。
膜片鉗技術(shù)的建立1.拋光及填充好玻璃管微電極,并將它固定在電極夾持器中。2.通過一個與電極夾持器連接的導(dǎo)管給微電極內(nèi)一個壓力,一直到電極浸入記錄槽溶液中。3.當(dāng)電極浸沒在溶液中時給電極一個測定脈沖(命令電壓,如5-10ms,10mV)讀出電流,按照歐姆定律計算電阻。4.通過膜片鉗放大器的控制鍵將微電極前列的連接電位(junctionpotentials)調(diào)至零位,這種電位差是由于電極內(nèi)填充溶液與浸浴液不同離子成分的遷移造成的。5.用微操縱器將微電極前列在直視下靠近要記錄的細(xì)胞表面,并觀察電流的變化,直至阻抗達(dá)到1GΩ以上形成"干兆封接"6.調(diào)整靜息膜電位到期望的鉗位電壓的水平,使放大器從"搜尋"轉(zhuǎn)到"電壓鉗"時細(xì)胞不至于鉗位到零。
1980年,Sigworth、Hamill、Neher等在記錄電極內(nèi)施加負(fù)壓吸引,得到了10~100GΩ的高阻封接(gigaseal),降低記錄噪聲,實現(xiàn)了單根電極既鉗制膜電位又記錄單通道電流。獲1991年Nobel獎。1955年,Hodgkin和Keens應(yīng)用電壓鉗(Voltageclap)在研究神經(jīng)軸突膜對鉀離子通透性時發(fā)現(xiàn)放射性鉀跨軸突膜的運動很像是通過許多狹窄空洞的運動,并提出了"通道"的概念。1963年,描述電壓門控動力學(xué)的Hodgkin-Hx上模型(簡稱H-H模型)榮獲譜貝爾醫(yī)學(xué)/生理學(xué)獎。1976年,Neher和Sakmann建立膜片鉗(Patchclamp)按術(shù)。1983年10月,《Single-ChannelRecording》一書問世,奠定了膜片鉗技術(shù)的里程碑。1991年,Neher和Sakmann的膜片鋪技術(shù)榮獲諾貝爾醫(yī)學(xué)/生理學(xué)獎。膜電位Vm由高輸入阻抗的電壓跟隨器所測量。
離子通道是一種特殊的膜蛋白,它橫跨整個膜結(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。細(xì)胞內(nèi)外的一些無機離子如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,這種態(tài)勢和在不同狀態(tài)下的動態(tài)變化是可興奮細(xì)胞靜息電位和動作電的基礎(chǔ)。這些無機離子通過離子通道的進(jìn)圍所產(chǎn)生的電活動是生命活動的基礎(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。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)系對于從分子水平深入探討某些疾病的病理生理機制、發(fā)現(xiàn)特異藥物或措施等均具有十分重要的理論和實際意義。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(xì)胞膜通過負(fù)壓吸引封接起來。全自動膜片鉗
早期的研究多使用雙電極電壓鉗技術(shù)作細(xì)胞內(nèi)電活動的記錄。日本全細(xì)胞膜片鉗系統(tǒng)
膜片鉗技術(shù)發(fā)展至今,已經(jīng)成為現(xiàn)代細(xì)胞電生理的常規(guī)方法,它不僅可以作為基礎(chǔ)生物醫(yī)學(xué)研究的工具,而且直接或間接為臨床醫(yī)學(xué)研究服務(wù)。目前膜片鉗技術(shù)廣泛應(yīng)用于神經(jīng)(腦)科學(xué)、心血管科學(xué)、藥理學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、病理生理學(xué)、中醫(yī)藥學(xué)、植物細(xì)胞生理學(xué)、運動生理等多學(xué)科領(lǐng)域研究。隨著全自動膜片鉗技術(shù)(Automaticpatchclamptechnology)的出現(xiàn),膜片鉗技術(shù)因其具有的自動化、高通量特性,在藥物研發(fā)、藥物篩選中顯示了強勁的生命力。日本全細(xì)胞膜片鉗系統(tǒng)