Flip-Tip翻轉技術、將一定密度的細胞懸液灌注在玻璃電極中,下降到電極前列的單個細胞通過在電極外施加負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胞膜就形成了全細胞記錄模式。德國Flyion公司的Flyscreen8500系統(tǒng)采用的就是這一技術,其通量比較高為6,即一次可同時記錄6個細胞。它的***特點是∶(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;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胞懸液灌注在芯片上面,隨機下降到芯片上約1-2μm的孔上并在自動負壓的吸引下形成高阻封接,打破孔下面的細胞膜形成全細胞記錄模式。采用這一技術的美國Axon(MDS)公司的PatchXpress7000A系統(tǒng)是高通量全自動膜片鉗技術的典范,是離子通道藥物研發(fā)的**性工具,在國外實驗室和制藥廠***用于hERG通道藥理學的研究。其通量比較高為16,即一次可同時記錄16個細胞同時,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研究。細胞膜由脂類雙分子層和和蛋白質(zhì)構成。芬蘭雙電極膜片鉗電流鉗制
1976年德國馬普生物物理化學研究所Neher和Sakmann在青蛙肌細胞上用雙電極鉗制膜電位的同時,記錄到ACh的單通道離子電流,從而產(chǎn)生了膜片鉗技術。1980年Sigworth等在記錄電極內(nèi)施加5-50cmH2O的負壓吸引,得到10-100GΩ的高阻封接(Giga-seal),明顯降低了記錄時的噪聲實現(xiàn)了單根電極既鉗制膜片電位又記錄單通道電流的突破。1981年Hamill和Neher等對該技術進行了改進,引進了膜片游離技術和全細胞記錄技術,從而使該技術更趨完善,具有1pA的電流靈敏度、1μm的空間分辨率和10μs的時間分辨率。1983年10月,《Single-ChannelRecording》一書問世,奠定了膜片鉗技術的里程碑。Sakmann和Neher也因其杰出的工作和突出貢獻,榮獲1991年諾貝爾醫(yī)學和生理學獎。美國高通量全自動膜片鉗價格全細胞膜片鉗記錄是應用較早,也是普遍的鉗位技術。
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,因細胞骨架及有關代謝過程是完整的,所受的干擾小。
資料分析:一般電學性質(zhì)∶通過I/V關系計算得到單通道電導,觀察通道有無整流。通過離子選擇性、翻轉電位或其它通道的條件初步確定通道類型。通道動力學分析∶開放時間、開放概率、關閉時間、通道的時間依賴性失活、開放與關閉類型(簇狀猝發(fā),Burst)樣開放與閃動樣短暫關閉(flickering),化學門控性通道的開、關速率常數(shù)等數(shù)據(jù)。藥理學研究∶研究的藥物,阻斷劑、激動劑或其它調(diào)制因素對通道活動的影響情況。綜合分析得出結淪。微電極的制備膜片鉗電極是用外徑為1-2mm的毛細玻璃管拉制成的。
膜片鉗技術本質(zhì)上也屬于電壓鉗范疇,兩者的區(qū)別關鍵在于:①膜電位固定的方法不同;②電位固定的細胞膜面積不同,進而所研究的離子通道數(shù)目不同。電壓鉗技術主要是通過保持細胞跨膜電位不變,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細胞膜或一大塊細胞膜上所有離子通道活動。目前電壓鉗主要用于巨大細胞的全性能電流的研究,特別在分子克隆的卵母細胞表達電流的鑒定中發(fā)揮著其他技術不能替代的作用。該技術的主要缺陷是必須在細胞內(nèi)插入兩個電極,對細胞損傷很大,在小細胞如元,就難以實現(xiàn),又因細胞形態(tài)復雜,很難保持細胞膜各處生物特性的一致。而由通道蛋白介導的膜電導構成了膜反應的主動成分,它的電流電壓關系是非線性的。芬蘭雙電極膜片鉗電流鉗制
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。芬蘭雙電極膜片鉗電流鉗制
與藥物作用有關的心肌離子通道,心肌細胞通過各種離子通道對膜電位和動作電位穩(wěn)態(tài)的維持而保持正常的功能。近年來,國外學者在人類心肌細胞離子通道特性的研究中取得了許多進展,使得心肌藥理學實驗由動物細胞模型向人心肌細胞成為可能。對離子通道生理與病理情況下作用機制的研究,通過對各種生理或病理情況下細胞膜某種離子通道特性的研究,了解該離子的生理意義及其在疾病過程中的作用機制。如對鈣離子在腦缺血神經(jīng)細胞損害中作用機制的研究表明,缺血性腦損害過程中,Ca2+介導現(xiàn)象起非常重要的作用,缺血缺氧使Ca2+通道開放,過多的Ca2+進入細胞內(nèi)就出現(xiàn)Ca2+超載,導致神經(jīng)元及細胞膜損害,膜轉運功能障礙,嚴重的可使神經(jīng)元壞死。芬蘭雙電極膜片鉗電流鉗制
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