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,由于高阻封接使背景噪聲水平降低,相對地增寬了記錄頻帶范圍,提高了分辨率。另外,它還具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性和化學(xué)絕緣性。而小片膜的孤立使對單個離子通道進(jìn)行研究成為可能。單通道電流1.典型的單通道電流呈一種振幅相同而持續(xù)時間不等的脈沖樣變化。他有兩個電導(dǎo)水平,即O和1,分別對應(yīng)通道的關(guān)閉和開效狀態(tài)。2.有的矩形脈沖簇狀發(fā)放時,通道電流不在同一水平,可以明顯觀察到不同數(shù)目離子通道所形成的電流臺階,從而可推斷出被測膜片的通道數(shù)目。3.有的通道可記錄到圓滑型和方波形兩種形式。4.有些通道開放活動是持續(xù)開放,中間被閃動樣的關(guān)閉所中斷,形成burst開放。有些通道開放活動是簇狀開放與短期平靜交替出現(xiàn),形成簇狀發(fā)放串(Cluster)封接是膜片鉗記錄的關(guān)鍵步驟之一。德國單通道膜片鉗單細(xì)胞
在形成高阻抗封接后,記錄實(shí)驗結(jié)果之前,通常要根據(jù)實(shí)驗的要求進(jìn)行參數(shù)補(bǔ)償,以期獲得符合實(shí)際的結(jié)果。需要注意的是,應(yīng)恰當(dāng)設(shè)置放大器的帶寬,例如10kHz,這樣在電流監(jiān)測端將觀察不到超越此頻帶以外的無用信息。膜片鉗實(shí)驗難度大、技術(shù)要求高,要掌握有關(guān)技術(shù)和方法雖不是很困難的事,但要從一大批的實(shí)驗數(shù)據(jù)中,經(jīng)過處理和分析,得出有意義、有價值的結(jié)果和結(jié)論,就顯得不那么容易,有許多需要注意和考慮的問題,包括減少噪音,避免電極前端的污染,提高封接成功率,具體實(shí)驗過程中還需要考慮如何選取記錄模式,為記錄特定離子電流如何選擇電極內(nèi)、外液,如何選擇阻斷劑、激動劑,如何進(jìn)行正確的數(shù)據(jù)采集等許多更為復(fù)雜的問題,還需在科研實(shí)踐中不斷地探索和解決。德國單通道膜片鉗單細(xì)胞一些學(xué)者建立了組織切 片膜片鉗技術(shù)(Slice patch),就能在哺乳動物腦片制備上做全細(xì)胞記錄。
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(shí)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(shí)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(shí)驗操作實(shí)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(diǎn)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。
實(shí)驗溶液浸溶細(xì)胞溶液和微電極玻璃管內(nèi)的填充液成分對全細(xì)胞膜片鉗記錄也是很重要的內(nèi)容,這關(guān)系到封接的容易程度、細(xì)胞存活狀態(tài)及膜電位的狀態(tài)等。在實(shí)驗記錄過程中,尤其是神經(jīng)生物學(xué)實(shí)驗,需要迅速更換細(xì)胞浸溶液濃度以免受體敏感性降低(desensitization)或需要模擬快速突觸反應(yīng)的壽命。原則上細(xì)胞的浸溶液成分或玻璃管內(nèi)填充液成分應(yīng)該與細(xì)胞外或細(xì)胞內(nèi)間質(zhì)的成分相似,實(shí)際研究中,為了探討某些通道或電位特性,對這些實(shí)驗溶液的成分或濃度會作必要調(diào)整,沒有哪種溶液是理想的。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。
全細(xì)胞記錄構(gòu)型(whole-cellrecording) 高阻封接形成后,繼續(xù)以負(fù)壓抽吸使電極管內(nèi)細(xì)胞膜破裂,電極胞內(nèi)液直接相通,而與浴槽液絕緣,這種形式稱為“全細(xì)胞”記錄。它既可記錄膜電位又可記錄膜電流。其中膜電位可在電流鉗情況下記錄,或?qū)⒉9苓B到標(biāo)準(zhǔn)高阻微電極放大器上記錄。在電壓鉗條件下記錄到的大細(xì)胞全細(xì)胞電流可達(dá)nA級,全細(xì)胞鉗的串聯(lián)電阻(玻管和細(xì)胞內(nèi)部之間的電阻)應(yīng)當(dāng)補(bǔ)償。任何流經(jīng)膜的電流均流經(jīng)這一電阻,所引起的電壓降將使玻管電壓不同于細(xì)胞內(nèi)的真正電位。電流愈大,愈需對串聯(lián)電阻進(jìn)行補(bǔ)償。全細(xì)胞鉗應(yīng)注意細(xì)胞必需合理的小到其電流能被放大器測到的范圍(25~50nA)。減少串聯(lián)電阻的方法是玻管尖要比單通道記錄大。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。德國單通道膜片鉗單細(xì)胞
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(xué)研究帶來了巨大的前進(jìn)動力。德國單通道膜片鉗單細(xì)胞
膜片鉗技術(shù)本質(zhì)上也屬于電壓鉗范疇,兩者的區(qū)別關(guān)鍵在于:①膜電位固定的方法不同;②電位固定的細(xì)胞膜面積不同,進(jìn)而所研究的離子通道數(shù)目不同。電壓鉗技術(shù)主要是通過保持細(xì)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(xì)胞膜或一大塊細(xì)胞膜上所有離子通道活動。目前電壓鉗主要用于巨大細(xì)胞的全性能電流的研究,特別在分子克隆的卵母細(xì)胞表達(dá)電流的鑒定中發(fā)揮著其他技術(shù)不能替代的作用。該技術(shù)的主要缺陷是必須在細(xì)胞內(nèi)插入兩個電極,對細(xì)胞損傷很大,在小細(xì)胞如元,就難以實(shí)現(xiàn),又因細(xì)胞形態(tài)復(fù)雜,很難保持細(xì)胞膜各處生物特性的一致。德國單通道膜片鉗單細(xì)胞
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