內(nèi)面向外膜片(inside-outpatch)高阻封接形成后,,在將微管電極輕輕提起,,使其與細胞分離,電極端形成密封小泡,,在空氣中短暫暴露幾秒鐘后,,小泡破裂再回到溶液中就得到“內(nèi)面向外”膜片,。此時膜片兩側(cè)的膜電位由固定電位和電壓脈沖控制。浴槽電位是地電位,,膜電位等于玻管電位的負值,。如放大器的電流監(jiān)視器輸出是非反向的,則輸出將與膜電流(Im)的負值相等,。外面向外膜片(out-sidepatch)高阻封接形成后,,繼續(xù)以負壓抽吸,膜片破裂再將玻管慢慢地從細胞表面垂直地提起,,斷端游離部分自行融合成脂質(zhì)雙層,,此時高阻封接仍然存在。而膜外側(cè)面接觸浴槽液,。這種膜片形式應測膜片電阻,,并消除漏電流和電容電流。整個過程要當心是否形成囊泡,。如果浴槽保持地電位水平,,膜電位即與玻管電位相等。如放大器是非反向的,,放大器的輸出將與Im值相等,。細胞是動物和人體的基本組成單元,細胞與細胞內(nèi)的通信,是依靠其膜上的離子通道進行的,。多通道膜片鉗技術(shù)
膜片鉗在通道研究中的重要作用用膜片鉗技術(shù)可以直接觀察和分辨單離子通道電流及其開閉時程,、區(qū)分離子通道的離子選擇性,、同時可發(fā)現(xiàn)新的離子通道及亞型,,并能在記錄單細胞電流和全細胞電流的基礎(chǔ)上進一步計算出細胞膜上的通道數(shù)和開放概率,還可以用以研究某些胞內(nèi)或胞外物質(zhì)對離子通道開閉及通道電流的影響等,。同時用于研究細胞信號的跨膜轉(zhuǎn)導和細胞分泌機制,。結(jié)合分子克隆和定點突變技術(shù),膜片鉗技術(shù)可用于離子通道分子結(jié)構(gòu)與生物學功能關(guān)系的研究,。利用膜片鉗技術(shù)還可以用于藥物在其靶受體上作用位點的分析,。如神經(jīng)元煙堿受體為配體門控性離子通道,膜片鉗全細胞記錄技術(shù)通過記錄煙堿誘發(fā)電流,可直觀地反映出神經(jīng)元煙堿受體活動的全過程,,包括受體與其激動劑和拮抗劑的親和力,,離子通道開放、關(guān)閉的動力學特征及受體的失敏等活動,。使用膜片鉗全細胞記錄技術(shù)觀察拮抗劑對煙堿受體激動劑量效曲線的影響,,來確定其作用的動力學特征。然后根據(jù)分析拮抗劑對受體失敏的影響,,拮抗劑的作用是否有電壓依賴性,、使用依賴性等特點,可從功能上區(qū)分拮抗劑在煙堿受體上的不同作用位點,,即判斷拮抗劑是作用在受體的激動劑識別位點,,離子通道抑或是其它的變構(gòu)位點上。日本雙分子層膜片鉗蛋白質(zhì)分子水平了解離子通道的功能以及結(jié)構(gòu)的關(guān)系對于從分子水平深入探討某些疾病措施等均具有十分重要的理論和實際意義,。
電壓鉗的缺點∶電壓鉗技術(shù)目前主要用于巨火細胞的全細胞電流研究,,特別在分子克隆的卵母細胞表達電流的鑒定中發(fā)揮其它技術(shù)不能替代的作用。但也有其致命的弱點1,、微電極需刺破細胞膜進入細胞,,以致造成細胞漿流失,破壞了細胞生理功能的完整性;2,、不能測定單一通道電流,。因為電壓鉗制的膜面積很大,包含著大量隨機開放和關(guān)閉著的通道,,而且背景噪音大,,往往掩蓋了單一通道的電流。3,、對體積小的細胞(如哺乳類***元,,直徑在10-30μm之間)進行電壓鉗實驗,技術(shù)上有更大的困難,。由于電極需插入細胞,,不得不將微電極的前列做得很細,如此細的前列致使電極阻抗很大,,常常是60~-8OMΩ或120~150MΩ(取決于不同的充灌液),。這樣大的電極阻抗不利于作細胞內(nèi)電流鉗或電壓鉗記錄時在短時間(0.1μs)內(nèi)向細胞內(nèi)注入電流,達到鉗制膜電壓或膜電流之目的,。再者,,在小細胞上插入的兩根電極可產(chǎn)生電容而降低測量電壓電極的反應能力。
對藥物作用機制的研究,,在通道電流記錄中,,可分別于不同時間,、不同部位(膜內(nèi)或膜外)施加各種濃度的藥物,研究它們對通道功能的可能影響,,了解那些選擇性作用于通道的藥物影響人和動物生理功能的分子機理,。這是目前膜片鉗技術(shù)應用普遍的領(lǐng)域,既有對西藥藥物機制的探討,,也普遍用在重要藥理的研究上,。如開麗等報道細胞貼附式膜片鉗單通道記錄法觀測到人參二醇組皂苷可控制正常和“缺血”誘導的大鼠大腦皮層神經(jīng)元L-型鈣通道的開放,從而減少鈣內(nèi)流,,對缺血細胞可能有保護作用,。陳龍等報道采用細胞貼附式單通道記錄法發(fā)現(xiàn)烏頭堿對培養(yǎng)的Wistar大鼠心室肌細胞L-型鈣通道有阻滯作用。膜片鉗技術(shù)的建立,,對生物學科學特別是神經(jīng)科學是一資有重大意義的變革,。
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)錄多聚酶鏈是反應技術(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)錄多聚酶鏈式反應提供標本,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,,我國北京大學神經(jīng)科學研究所于1994年在國內(nèi)率先開展。全自動膜片鉗技術(shù)采用的標本必須是懸浮細胞,,像腦片這類標本無法采用,。美國膜片鉗廠家
通過研究離子通道的離子流, 從而了解離子運輸,、信號傳遞等信息,。多通道膜片鉗技術(shù)
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,,對生物學科學特別是神經(jīng)科學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)。些技術(shù)的出現(xiàn)自然將細胞水平和分子水平的生理學研究聯(lián)系在一起,,同時又將神經(jīng)科學的不同分野必然地融匯在一起,,改變了既往各個分野互不聯(lián)系、互不滲透,,阻礙人們較全認識能力的弊端,。這一技術(shù)的發(fā)現(xiàn)和基因克隆技術(shù)并架齊驅(qū),給生命科學研究帶來了巨大的前進動力,。多通道膜片鉗技術(shù)
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