膜片鉗是哪些？
腦部中的信息是由神經元的聯通號傳遞的。聯通號由細胞膜上離子通道形成的電壓造成的電流變化組成。
神經元離子通道示意圖
怎么檢測細胞膜上的電壓和電流呢？20世紀40年代，人們將鈀金絲插入硬質玻璃管拉制的玻璃微管（尖端半徑大于1微米），灌入鹽堿液，再刺入細胞，與微電極放大器、示波器、音響放大器等設備聯接組成電路，從而在細胞內記錄電壓或電流。因為這些技巧的噪音較大，當時不能區分離子通道的微小電壓。
細胞內記錄電路示意圖
1976年，美國馬普生物化學研究所ErwinNeher和Bert改進了細胞內記錄方法，首創膜片鉗技術（patchclamp）。其核心在于“鉗”住細胞“膜片”。她們發覺當玻璃微電極與幾個平方微米的細胞膜封接時，輕吸微電極，導致負壓，可以使封接內阻飆升兩個數目級以上，將背景噪音降到極小，因而可以在10-12A的水平記錄單個或幾個離子通道的電壓。這一技術劃時代地將電生理技術提升到研究單個蛋白的分子水平，為現代生物學及醫學的發展帶來革命性進步，獲得1991年度的諾貝爾生理學與醫學獎。
膜片鉗技術關鍵實驗步驟示意圖
膜片鉗的設備簡介
電生理設備由四套系統構成
（1）維持細胞健康活性的支持系統：包括持續灌注細胞外液的灌流系統、為灌流液持續充混和氣的氣流裝置，以及控溫裝置
（2）輔助觀察細胞的光學系統：包括顯微鏡、光源、信號轉換器及顯示器
（3）穩定操控微電極的操作系統：微操縱器、氮氣防震臺、相對封閉的安靜臥室角落
（4）熱學系統：放大器、示波器、數字轉換器、計算機、屏蔽電波干擾的法拉第籠等
膜片鉗重要設備示意圖及本實驗室設備示例圖
膜片鉗的記錄模式有什么？
膜片鉗除了使熱學記錄穩定細胞膜片，在熱學上連結牢靠，并且衍生出了多種膜片鉗形式。既可以記錄單個離子通道的電壓，又可以記錄全細胞的電壓。其中，全細胞膜片鉗被證明是研究體外保存的腦切塊中神經元和神經元網路的集合特點的理想工具。
膜片鉗技術在麻醉科刺癢聯合實驗室的舉辦
本實驗室于2020年成功搭建膜片鉗平臺，現可穩定進行離體腦片組織的全細胞模式電生理記錄。目前正在進行電生理相關的國家級課題1項，上海市課題1項。
本課題組前期在全細胞記錄模式下，探究右美托咪定對大鼠腦部皮層神經元膜電位的影響。
“探討抗生素對神經元放電頻度的影響”
在突觸傳遞方面，課題組通過全細胞記錄探究右美托咪定對神經遞質釋放的影響。
不僅研究電生理學性質，本實驗室還將膜片鉗技術與共聚焦顯微鏡結合上去，描畫不同種類神經元樹、軸突的形態學特點。
綜上所述，膜片鉗技術是研究神經系統聯通號的最直接、最有效的方式，構建起了從分子水平到神經元網路水平的橋梁。據悉，膜片鉗被稱為現代“光遺傳學”技術的補充，由于它還能借助光控制和可視化大量神經元的活動。其實本實驗室的電生理研究尚處于起步階段，并且研究人員具備較扎實的膜片鉗理論基礎及精湛的操作技術，設備齊全且性能穩定。期盼膜片鉗平臺為本實驗室麻醉及腫脹的機制研究帶來新的啟發和支持。
參考文獻
1.《實用膜片鉗技術》，劉振偉編繪
2.《神經生物學實驗原理與技術》，呂國蔚李云慶主編
3.《-》,byBertandErwinNeher
4.唐佳麗等.右美托咪定對大鼠腦部中級體感皮層快放電抑制性中間神經元激動性的影響[J].中華麻醉學刊物,2020,40(06):698-702.
作者簡介
湯博廣州協和醫大學2018級博士研究生
湯博，2018級博士研究生在讀細胞膜片，師從黃宇光院士。
指導老師
唐佳麗廣州協和診所
唐佳麗，博士
廣州協和診所麻醉科入院醫師
研究興趣聚焦于四肢麻醉機理以及腦功能調控與保護，主持上海市自然科學基金青年基金項目和國家自然科學基金青年基金項目。
圖文：湯博
編審：廣州協和診所麻醉科放療室