日本脑片膜片钳
内面向外膜片(inside-outpatch)高阻封接形成后,在将微管电极轻轻提起,使其与细胞分离,电极端形成密封小泡,在空气中短暂暴露几秒钟后,小泡破裂再回到溶液中就得到“内面向外”膜片。此时膜片两侧的膜电位由固定电位和电压脉冲控制。浴槽电位是地电位,膜电位等于玻管电位的负值。如放大器的电流监视器输出是非反向的,则输出将与膜电流(Im)的负值相等。外面向外膜片(out-sidepatch)高阻封接形成后,继续以负压抽吸,膜片破裂再将玻管慢慢地从细胞表面垂直地提起,断端游离部分自行融合成脂质双层,此时高阻封接仍然存在。而膜外侧面接触浴槽液。这种膜片形式应测膜片电阻,并消除漏电流和电容电流。整个过程要当心是否形成囊泡。如果浴槽保持地电位水平,膜电位即与玻管电位相等。如放大器是非反向的,放大器的输出将与Im值相等。在细胞膜的电学模型中,膜电容和膜电导构成了一个并联回路。日本脑片膜片钳
高阻封接问题的解决不仅改善了电流记录性能,还随之出现了研究通道电流的多种膜片钳方式。根据不同的研究目的,可制成不同的膜片构型。细胞吸附膜片(cell-attachedpatch)将两次拉制后经加热抛光的微管电极置于清洁的细胞膜表面上,形成高阻封接,在细胞膜表面隔离出一小片膜,既而通过微管电极对膜片进行电压钳制,分辨测量膜电流,称为细胞贴附膜片。由于不破坏细胞的完整性,这种方式又称为细胞膜上的膜片记录。此时跨膜电位由玻管固定电位和细胞电位决定。因此,为测定膜片两侧的电位,需测定细胞膜电位并从该电位减去玻管电位。从膜片的通道活动看,这种形式的膜片是极稳定的,因细胞骨架及有关代谢过程是完整的,所受的干扰小。芬兰膜片钳价格对离子通道功能的研究,主要采用记录离子通道电流来间接反映离子通道功能。
全细胞记录构型(whole-cellrecording) 高阻封接形成后,继续以负压抽吸使电极管内细胞膜破裂,电极胞内液直接相通,而与浴槽液绝缘,这种形式称为“全细胞”记录。它既可记录膜电位又可记录膜电流。其中膜电位可在电流钳情况下记录,或将玻管连到标准高阻微电极放大器上记录。在电压钳条件下记录到的大细胞全细胞电流可达nA级,全细胞钳的串联电阻(玻管和细胞内部之间的电阻)应当补偿。任何流经膜的电流均流经这一电阻,所引起的电压降将使玻管电压不同于细胞内的真正电位。电流愈大,愈需对串联电阻进行补偿。全细胞钳应注意细胞必需合理的小到其电流能被放大器测到的范围(25~50nA)。减少串联电阻的方法是玻管尖要比单通道记录大。
膜片钳技术实现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声水平降低,相对地增宽了记录频带范围,提高了分辨率。另外,它还具有良好的机械稳定性和化学绝缘性。而小片膜的孤立使对单个离子通道进行研究成为可能。单通道电流1.典型的单通道电流呈一种振幅相同而持续时间不等的脉冲样变化。他有两个电导水平,即O和1,分别对应通道的关闭和开效状态。2.有的矩形脉冲簇状发放时,通道电流不在同一水平,可以明显观察到不同数目离子通道所形成的电流台阶,从而可推断出被测膜片的通道数目。3.有的通道可记录到圆滑型和方波形两种形式。4.有些通道开放活动是持续开放,中间被闪动样的关闭所中断,形成burst开放。有些通道开放活动是簇状开放与短期平静交替出现,形成簇状发放串(Cluster)屯流钳素向细胞内注入刺激电流,记录膜电位对刺激电流的反应。
离子通道结构研究∶目前,绝大多数离子通道的一级结构得到了阐明但根本的还是要搞清楚各种离子通道的三维结构,在这方面,美国的二位科学家彼得·阿格雷和罗德里克麦金农做出了一些开创性的工作,他们到用X光绕射方法得到了K离子通道的三维结构,二位因此获得2003年诺贝系化学奖。有关离子通道结构不是本PPT的重点,可参考杨宝峰的<离子通道药理学>和Hill的<lonicChannelsOfExcitableMembranes》。对离子通道功能的研究,主要采用记录离子通道电流来间接反映离子通道功能,目前有如下两种技术:电压钳技术(VoltageClamp),膜片钳(patchclamp)技术。在细胞膜的电兴奋过程中,脂质层膜电容的反应是被动的,其电流电压曲线是线性的。进口双分子层膜片钳单细胞
电压钳技术的主要在于将膜电位固定在指令电压的水平,这样才能研究在给定膜电位下膜电流随时间的变化关系。日本脑片膜片钳
1980年,Sigworth、Hamill、Neher等在记录电极内施加负压吸引,得到了10~100GΩ的高阻封接(gigaseal),降低记录噪声,实现了单根电极既钳制膜电位又记录单通道电流。获1991年Nobel奖。1955年,Hodgkin和Keens应用电压钳(Voltageclap)在研究神经轴突膜对钾离子通透性时发现放射性钾跨轴突膜的运动很像是通过许多狭窄空洞的运动,并提出了"通道"的概念。1963年,描述电压门控动力学的Hodgkin-Hx上模型(简称H-H模型)荣获谱贝尔医学/生理学奖。1976年,Neher和Sakmann建立膜片钳(Patchclamp)按术。1983年10月,《Single-ChannelRecording》一书问世,奠定了膜片钳技术的里程碑。1991年,Neher和Sakmann的膜片铺技术荣获诺贝尔医学/生理学奖。日本脑片膜片钳
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