对单细胞形态与功能关系的研究,将膜片钳技术与单细胞逆转录多聚酶链是反应技术结合,在全细胞膜片钳记录下,将单细胞内容物或整个细胞(包括细胞膜)吸入电极中,将细胞内存在的各种mRNA全部快速逆转录成cDNA,再经常规PCR扩增及待检的特异mRNA的检测,借此可对形态相似而电活动不同的结果做出分子水平的解释或为单细胞逆转录多聚酶链式反应提供标本,为同一结构中形态非常相似但功能不同的事实提供分子水平的解释。目前国际上掌握此技术的实验室较少,我国北京大学神经科学研究所于1994年在国内率先开展。全自动膜片钳技术采用的标本必须是悬浮细胞,像脑片这类标本无法采用。美国可升级膜片钳厂家
电压钳的原理∶ 用两根前列直径 0.5um的电极插入细胞内,一根电极用作记录电极以记录跨膜电位,用另一根电极作为电流注入电极,以固定膜电位。从而实现固定膜电位的同时记录膜电流。电位记录电极引导的膜电位(Vm)输入电压钳放大器的负输入端,而人为控制的指令电位( Vc)输入正输入端,放大器的正负输入端子等电位,向正输入端子施加指令电位 (Vc)时,经过短路负端子可使膜片等电较,即Vm=Vc,从而达到电位钳制的目的,并可维持一定的时间。Vc的不同变化将导致Vm的变化, 从而引起细胞膜上电压依赖性离子通道的开放,通道开放引起的离子流反过来又引起Vm的变化,致使Vm≠Vc, Vc与Vm的任何差值都会导致放大器有电压输出,将相反极性的电流注入细胞,以使 Vc=Vm,注入电流的大小与跨膜离子流相等,但方向相反。因而注入的电流被认为是标本兴奋时的跨膜电流值(通道电流)。德国细胞膜片钳专题全细胞膜片钳记录是应用较早,也是普遍的钳位技术。
钙成像技术被广泛应用于实时监测神经元、心肌以及多种细胞胞内钙离子的变化,从而检测神经元、心肌的活动情况。这些技术是人们观测神经以及多种细胞活动为直接的手段,现已发展为生命科学研究的热点,也是国家自然科学基金等鼓励申报的重要领域。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。NatureMethods杂志将此技术评为"Methodoftheyear2010"[19];美国麻省理工学院科技评述(MITTechnologyReview,2010)在其总结性文章"Theyearinbiomedicine"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。
膜片钳技术∶从一小片(约几平方微米)膜获取电子学方面信息的技术,即保持跨膜电压恒定——电压钳位,从而测量通过膜离子电流大小的技术。通过研究离子通道的离子流, 从而了解离子运输、信号传递等信息。基本原理:利用负反馈电子线路,将微电极前列所吸附的一个至几个平方微米的细胞膜的电位固定在一定水平上,对通过通道的微小离子电流作动态或静态观察,从而研究其功能。研究离子通道的一种电生理技术,是施加负压将玻璃微电极的前列(开口直径约1μm)与细胞膜紧密接触,形成高阻抗封接,可以精确记录离子通道微小电流。能制备成细胞贴附、内面朝外和外面朝内三种单通道记录方式,以及另一种记录多通道的全细胞方式。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。细胞膜由脂类双分子层和和蛋白质构成。
与药物作用有关的心肌离子通道,心肌细胞通过各种离子通道对膜电位和动作电位稳态的维持而保持正常的功能。近年来,国外学者在人类心肌细胞离子通道特性的研究中取得了许多进展,使得心肌药理学实验由动物细胞模型向人心肌细胞成为可能。对离子通道生理与病理情况下作用机制的研究,通过对各种生理或病理情况下细胞膜某种离子通道特性的研究,了解该离子的生理意义及其在疾病过程中的作用机制。如对钙离子在脑缺血神经细胞损害中作用机制的研究表明,缺血性脑损害过程中,Ca2+介导现象起非常重要的作用,缺血缺氧使Ca2+通道开放,过多的Ca2+进入细胞内就出现Ca2+超载,导致神经元及细胞膜损害,膜转运功能障碍,严重的可使神经元坏死。膜片钳技术实现了小片膜的孤立和高阻封接的形成,增宽了记录频带范围,提高了分辨率。德国细胞膜片钳专题
由于膜片钳检测的是PA级的微电流信号,因此需要特殊的放大器及模数转换器。美国可升级膜片钳厂家
膜片钳的基本原理则是利用负反馈电子线路,将微电极前列所吸附的一个至几个平方微米的细胞膜的电位固定在一定水平上,对通过通道的微小离子电流作动态或静态观察,从而研究其功能。膜片钳技术实现膜电流固定的关键步骤是在玻璃微电极前列边缘与细胞膜之间形成高阻密封,其阻抗数值可达10~100 GΩ(此密封电阻是指微电极内与细胞外液之间的电阻)。由于此阻值如此之高,故基本上可看成绝缘,其上之电流可看成零,形成高阻密封的力主要有氢健、范德华力、盐键等。此密封不仅电学上近乎绝缘,在机械上也是较牢固的。又由于玻璃微电极前列管径很小,其下膜面积只约1 μm2,在这么小的面积上离子通道数量很少,一般只有一个或几个通道,经这一个或几个通道流出的离子数量相对于整个细胞来讲很少,可以忽略,也就是说电极下的离子电流对整个细胞的静息电位的影响可以忽略,那么,只要保持电极内电位不变,则电极下的一小片细胞膜两侧的电位差就不变,从而实现电位固定。美国可升级膜片钳厂家
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