资料分析:一般电学性质∶ 通过I/V关系计算得到单通道电导,观察通道有无整流。通过离子选择性、翻转电位或其它通道的条件初步确定通道类型。通道动力学分析∶开放时间、开放概率、关闭时间、通道的时间依赖性失活、开放与关闭类型(簇状猝发,Burst)样开放与闪动样短暂关闭(flickering),化学门控性通道的开、关速率常数等数据。药理学研究∶研究的药物,阻断剂、激动剂或其它调制因素对通道活动的影响情况。综合分析得出结沦。由此形成了一门细胞学科—电生理学,即是用电生理的方法来记录和分析细胞产生电的大小和规律的科学。美国膜片钳电生理工具
不同的全自动膜片钳技术所采用的原理如Population Patch Clamp技术∶同 SealChip技术一样,完全摒齐了玻璃电极,而是采用PatchPlate平面电极芯片。该芯片含有多个小室,每个小室中含有很多1-2μm的封接孔。在记录时,每个小室中封接成功的细胞|数目较多,获得的记录是这些细胞通道电流的平均值。因此,不同小室其通道电流的一致性非常好,变异系数很小。美国Axon(MDS)公司采用这一技术研发出了全自动高通量的 lonWorks Quattro系统,成为药物初期筛选的"金标准"。芬兰单通道膜片钳产品介绍封接(seal)是膜片钳记录的关键步骤之一。
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。
对电极持续施加一个1mV、10~50 ms的阶跃脉冲刺激,电极入水后电阻约4~6MΩ,此时在计算机屏幕显示框中可看到测试脉冲产生的电流波形。开始时增益不宜设得太高,一般可在1~5mV/pA,以免放大器饱和。由于细胞外液与电极内液之间离子成分的差异造成了液结电位,故一般电极刚入水时测试波形基线并不在零线上,须首先将保持电压设置为0mV,并调节“电极失调控制“使电极直流电流接近于零。用微操纵器使电极靠近细胞,当电极前列与细胞膜接触时封接电阻指示Rm会有所上升,将电极稍向下压,Rm指示会进一步上升。通过细塑料管向电极内稍加负压,细胞膜特性良好时,Rm一般会在1min内快速上升,直至形成GΩ级的高阻抗封接。一般当Rm达到100MΩ左右时,电极前列施加轻微负电压(-30~-10mV)有助于GΩ封接的形成。此时的现象是电流波形再次变得平坦,使电极超极化由-40到-90mV,有助于加速形成封接。为证实GΩ封接的形成,可以增加放大器的增益,从而可以观察到除脉冲电压的首尾两端出现电容性脉冲前列电流之外,电流波形仍呈平坦状。微电极的制备膜片钳电极是用外径为1-2mm的毛细玻璃管拉制成的。
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。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。德国可升级膜片钳脑片
在青蛙肌细胞上用双电极钳制膜电位的同时,记录到ACh启动的单通道离子电流,从而产生了膜片钳技术。美国膜片钳电生理工具
光遗传学调控技术是近几年正在迅速发展的一项整合了光学、基因操作技术、电生理等多学科交叉的生物技术。Nature Methods杂志将此技术评为"Method of the year 2010"[19];美国麻省理工学院科技评述(MIT Technology Review,2010)在其总结性文章"The year in biomedicine"中指出:光遗传学调控技术现已经迅速成为生命科学,特别是神经和心脏研究领域中热门的研究方向之一。目前这一技术正在被全球几百家从事心脏学、神经科学和神经工程研究的实验室使用,帮助科学家们深入理解大脑的功能,进而为深刻认识神经、精神疾病、心血管疾病的发病机理并研发针对疾病干预和的新技术。美国膜片钳电生理工具
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