膜片钳技术四:膜片钳技术的应用

发布网友 发布时间：2024-10-23 21:40

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膜片钳技术广泛应用于多个学科领域，如神经科学、心血管科学、药理学、细胞生物学、病理生理学、中医药学、植物细胞生理学、运动生理等。其独特优势在于能够直接观察并分辨单离子通道电流及其开闭时程，揭示离子通道的离子选择性，甚至发现新的离子通道及亚型，从而对细胞膜上的通道数和开放概率进行计算。

膜片钳技术在药物研发和筛选中的应用尤为显著。随着全自动膜片钳技术的出现，其自动化、高通量特性使其在药物筛选中展现出强大的生命力。应用范围从最早的肌细胞、神经元和内分泌细胞，扩展到血细胞、肝细胞、耳窝毛细胞、胃壁细胞、上皮细胞、内皮细胞、免疫细胞、精母细胞等，乃至动物细胞、细菌、真菌以及植物细胞。此外，技术还应用于平面双分子层、脂质体等人工标本上。研究对象不再局限于离子通道，还涉及离子泵、交换体以及可兴奋细胞的胞吞、胞吐机制。

在离子通道研究中，膜片钳技术发挥着重要作用。它不仅可以直接观察单离子通道电流及其开闭特性，还可以分离离子通道的离子选择性，发现新的离子通道及亚型。通过全细胞电流记录，技术还能计算细胞膜上的通道数和开放概率，研究胞内或胞外物质对离子通道开闭及电流的影响。此外，膜片钳技术还能用于细胞信号的跨膜转导和细胞分泌机制的研究。

在药物作用机制的研究中，膜片钳技术揭示了药物与其靶受体的相互作用。通过记录烟碱诱发电流，技术直观地反映出神经元烟碱受体的活动过程，包括受体与激动剂和拮抗剂的亲和力、离子通道开放和关闭的动力学特征。结合分子克隆和定点突变技术，膜片钳技术可用于研究离子通道分子结构与生物学功能之间的关系。

在心血管药理研究中，膜片钳技术的应用有助于更新对血管疾病和药物作用的认识。结合神经科学中的应用，膜片钳技术与离体脑片技术结合，可以定位研究神经元离子通道，进行神经元突触联系的研究，展现出不可替代的优势。

随着技术的创新与发展，膜片钳技术在心血管药理研究、高通量筛选、神经科学等领域展现出更广阔的应用前景，为药物研发和疾病治疗开辟了新的路径。

1976年[1]德国马普生物物理研究所Neher和Sakmann创建了膜片钳技术（patch clamp recording technique）。这是一种以记录通过离子通道的离子电流来反映细胞膜单一的或多个的离子通道分子活动的技术。它和基因克隆技术（gene cloning）并架齐驱，给生命科学研究带来了巨大的前进动力。