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1、离子通道的基础知识及其技术,医学神经生物学国家重点实验室,1.电生理学生命科学中的信息科学,组织的生物电场 信息高级处理,细胞的电脉冲 信息整合和编码,细胞膜的电流 电信号发生和传递,1.电生理学生命科学中的信息科学之一,离子通道：生物电发生的基本元件，也是重要的药物治疗靶点。,组织的生物电场 信息高级处理,细胞的电脉冲 信息整合和编码,细胞膜的电流 电信号发生和传递,2.离子通道：重要的药物靶点,2.1 重要的生理功能 细胞生物电现象的基础 参与维持细胞正常形态 细胞兴奋-收缩偶联和兴奋-分泌偶联 细胞跨膜信号转导,2.1 重要的生理功能,细胞生物电现象的基础静息电位的形成,2.1 重要的生
2、理功能,细胞生物电现象的基础动作电位的形成,2.1 重要的生理功能,参与维持细胞正常形态,2.1 重要的生理功能,细胞兴奋-收缩偶联,2.1 重要的生理功能,细胞兴奋-分泌-兴奋偶联,2.1 重要的生理功能,细胞跨膜信号转导,2.离子通道：重要的药物靶点,2.2 关键的药物治疗靶点 2002年由FDA提供的分析报告指出，目前所有FDA认可的药品中涉及到的治疗靶点基因仅为273个，其中完全认定为药物靶点的7%为离子通道； 2006年的调研表明，配体门控和电压门控的离子通道是第三和第四大现有的可治疗基因家族（仅排在G蛋白基因家族和核受体基因家族之后），分别占据7.9%和5.5%； 经典的离子通道类
3、临床用药见表1：,表1.离子通道：重要的药物靶点,3.离子通道分类,在1902年，Bernstein创造性地将Nernst的理论应用到生物膜上，提出了“膜学说”。他认为在静息状态下，细胞膜只对钾离子具有通透性，即细胞静息电位的钾离子学说；而当细胞兴奋的瞬间，膜的破裂使其丧失了选择通透性，所有的离子都可以自由通过。 Hodgkin、Huxley、Katz等人在20世纪3050年代做出了开创性研究。他们基于电压钳技术，提出并验证了所谓的HodgkinHuxley方程，数学模拟出和真实状况相符合的神经冲动的传导，由此建立了细胞动作电位的钠离子学说。离子通道的近代观念也由此产生。,4.离子通道研究理论
4、,4.离子通道研究技术,微电极电压钳-电流钳技术 传统膜片钳技术,Erwin Neher (1944- ),Kenneth Cole (1900-1984),4.离子通道研究技术,3. 平板膜片钳技术（膜片钳技术新趋势的关键）,原创技术专利：,表2. 膜片钳技术的历史角色,5. 传统膜片钳设备的组成,电学部分 信号放大器 数据采集卡 PC 周边设备控制器等,光学部分： 荧光显微镜 CCD照相机 监视器 激光器等,机械部分 防震台，气压泵或气瓶 高精密微电极操作器 灌流操作器 显微镜移动平台或可移动载物台,辅助部分： 信号屏蔽罩 微电极拉制仪 药物灌流设备 温度控制器,6. 全自动膜片钳设备的组
5、成,工作站,平板芯片,+,即：,德国Nanion公司Patchliner,德国Nanion公司 Syncropatch 96,美国MolecularDevices公司 Ionworks,7.不同膜片钳技术的比较,1 记录模式,传统膜片钳,平板膜片钳,7.不同膜片钳技术的比较,传统膜片钳,高信息量：通道功能的各项指标、结合其他实验记录 高灵敏度：pA级、单通道水平 适用范围广：不受样本种类限制 操作过程复杂，对实验者要求高 实验数据量低，难以应用于药物筛选,全自动膜片钳,操作自动化，简单培训即可使用 高效率、高通量 实现某些传统膜片钳不具有的功能，例如全细胞模式内液灌流。 保持传统膜片钳高信息量和高灵敏度方面程度不一， 样本兼容性不一,2 各自的优缺点,医学神经生物学国家重点实验室,谢谢！,参考阅读： 神经生物学从神经元到脑，（美）尼克尔斯等著，科学出版社，2003 Neuroscience : Exploring the Brain2nd edition, Mark F.Bear etc al, 高等教育出版社 2002.,
