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(yùn)動(dòng)生理等多學(xué)科領(lǐng)域研究。隨著全自動(dòng)膜片鉗技術(shù)(Automaticpatchclamptechnology)的出現(xiàn),膜片鉗技術(shù)因其具有的自動(dòng)化、高通量特性,在藥物研發(fā)、藥物篩選中顯示了強(qiáng)勁的生命力。玻璃微電極的應(yīng)用使的電生理研究進(jìn)行了重命性的變化。美國(guó)高通量全自動(dòng)膜片鉗參數(shù)
80年代初發(fā)展起來(lái)的膜片鉗技術(shù)(patchclamptechnique)為了解生物膜離子單通道的門(mén)控動(dòng)力學(xué)特征及通透性、選擇性膜信息提供了直接的手段。該技術(shù)的興起與應(yīng)用,使人們不僅對(duì)生物體的電現(xiàn)象和其他生命現(xiàn)象更進(jìn)一步的了解,而且對(duì)于疾病和藥物作用的認(rèn)識(shí)也不斷的更新,同時(shí)還形成了許多病因?qū)W與藥理學(xué)方面的新觀點(diǎn)。膜片鉗技術(shù)是一種以記錄通過(guò)離子通道的離子電流來(lái)反映細(xì)胞膜單一的或多個(gè)的離子通道分子活動(dòng)的技術(shù)。它和基因克隆技術(shù)(genecloning)并架齊驅(qū),給生命科學(xué)研究帶來(lái)了巨大的前進(jìn)動(dòng)力。美國(guó)雙分子層膜片鉗蛋白質(zhì)分子水平而由通道蛋白介導(dǎo)的膜電導(dǎo)構(gòu)成了膜反應(yīng)的主動(dòng)成分,它的電流電壓關(guān)系是非線性的。
膜片鉗技術(shù)的創(chuàng)立取代了電壓鉗技術(shù),是細(xì)胞電生理研究的一個(gè)飛躍,使得離子通道的研究,從宏觀深入到微觀,使昔日的“肉湯生理學(xué)(brothphysiology)”與“閃電生理學(xué)(lightningphysiology)”在分子水平上結(jié)合起來(lái),使人們對(duì)膜通道的認(rèn)識(shí)耳目一新。當(dāng)前,生理學(xué)、生物物理學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)和藥理學(xué)等多種學(xué)科正在把膜片鉗技術(shù)和膜通道蛋白重組技術(shù)、同位素示蹤技術(shù)和光譜技術(shù)等非電生理技術(shù)結(jié)合起來(lái),協(xié)同對(duì)離子通道進(jìn)行較全的研究。不少實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)將基因工程與膜片鉗技術(shù)結(jié)合起來(lái),把通道蛋白有目的地重組于人工膜中進(jìn)行研究。設(shè)想將合成的通道蛋白分子接種入機(jī)體以替換有缺陷和異常的通道的功能而達(dá)到的目的。
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(shí)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(jiǎng)。1955年,Hodgkin和Keens應(yīng)用電壓鉗(Voltageclap)在研究神經(jīng)軸突膜對(duì)鉀離子通透性時(shí)發(fā)現(xiàn)放射性鉀跨軸突膜的運(yùn)動(dòng)很像是通過(guò)許多狹窄空洞的運(yùn)動(dòng),并提出了"通道"的概念。1963年,描述電壓門(mén)控動(dòng)力學(xué)的Hodgkin-Hx上模型(簡(jiǎn)稱(chēng)H-H模型)榮獲譜貝爾醫(yī)學(xué)/生理學(xué)獎(jiǎng)。1976年,Neher和Sakmann建立膜片鉗(Patchclamp)按術(shù)。1983年10月,《Single-ChannelRecording》一書(shū)問(wèn)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(jiǎng)。由此形成了一門(mén)細(xì)胞學(xué)科—電生理學(xué),即是用電生理的方法來(lái)記錄和分析細(xì)胞產(chǎn)生電的大小和規(guī)律的科學(xué)。
對(duì)藥物作用機(jī)制的研究,在通道電流記錄中,可分別于不同時(shí)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(duì)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(dòng)物生理功能的分子機(jī)理。這是目前膜片鉗技術(shù)應(yīng)用普遍的領(lǐng)域,既有對(duì)西藥藥物機(jī)制的探討,也普遍用在重要藥理的研究上。如開(kāi)麗等報(bào)道細(xì)胞貼附式膜片鉗單通道記錄法觀測(cè)到人參二醇組皂苷可控制正常和“缺血”誘導(dǎo)的大鼠大腦皮層神經(jīng)元L-型鈣通道的開(kāi)放,從而減少鈣內(nèi)流,對(duì)缺血細(xì)胞可能有保護(hù)作用。陳龍等報(bào)道采用細(xì)胞貼附式單通道記錄法發(fā)現(xiàn)烏頭堿對(duì)培養(yǎng)的Wistar大鼠心室肌細(xì)胞L-型鈣通道有阻滯作用。膜電位Vm由高輸入阻抗的電壓跟隨器所測(cè)量。美國(guó)雙電極膜片鉗電流鉗制
膜片鉗技術(shù)實(shí)現(xiàn)了小片膜的孤立和高阻封接的形成,增寬了記錄頻帶范圍,提高了分辨率。美國(guó)高通量全自動(dòng)膜片鉗參數(shù)
資料分析:一般電學(xué)性質(zhì)∶通過(guò)I/V關(guān)系計(jì)算得到單通道電導(dǎo),觀察通道有無(wú)整流。通過(guò)離子選擇性、翻轉(zhuǎn)電位或其它通道的條件初步確定通道類(lèi)型。通道動(dòng)力學(xué)分析∶開(kāi)放時(shí)間、開(kāi)放概率、關(guān)閉時(shí)間、通道的時(shí)間依賴性失活、開(kāi)放與關(guān)閉類(lèi)型(簇狀猝發(fā),Burst)樣開(kāi)放與閃動(dòng)樣短暫關(guān)閉(flickering),化學(xué)門(mén)控性通道的開(kāi)、關(guān)速率常數(shù)等數(shù)據(jù)。藥理學(xué)研究∶研究的藥物,阻斷劑、激動(dòng)劑或其它調(diào)制因素對(duì)通道活動(dòng)的影響情況。綜合分析得出結(jié)淪。美國(guó)高通量全自動(dòng)膜片鉗參數(shù)
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