一：全自動膜片鉗技術(shù)介紹：
         膜片鉗技術(shù)被稱為研究離子通道的“金標(biāo)準(zhǔn)”。是研究離子通道的最重要的技術(shù)。目前膜片鉗技術(shù)已從常規(guī)膜片鉗技術(shù)（Conventional patch clamp technique）發(fā)展到全自動膜片鉗技術(shù)（Automated patch clamp technique）。
         傳統(tǒng)膜片鉗技術(shù)每次只能記錄一個細(xì)胞（或一對細(xì)胞），對實驗人員來說是一項耗時耗力的工作，它不適合在藥物開發(fā)初期和中期進(jìn)行大量化合物的篩選，也不適合需要記錄大量細(xì)胞的基礎(chǔ)實驗研究。全自動膜片鉗技術(shù)的出現(xiàn)在很大程度上解決了這些問題，它不僅通量高，一次能記錄幾個甚至幾十個細(xì)胞，而且從找細(xì)胞、形成封接、破膜等整個實驗操作實現(xiàn)了自動化，免除了這些操作的復(fù)雜與困難。這兩個優(yōu)點使得膜片鉗技術(shù)的工作效率大大提高了！簽于全自動膜片鉗技術(shù)的這些優(yōu)點，目前已經(jīng)廣泛的用于藥物篩選。
                                                      傳統(tǒng)膜片鉗技術(shù)主要優(yōu)缺點總結(jié)              

          全自動膜片鉗技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)歷了下列三個發(fā)展階段，在每個階段，所采取的原理和技術(shù)有所不同：
1. Flip-Tip翻轉(zhuǎn)技術(shù)：
         將一定密度的細(xì)胞懸液灌注在玻璃電極中，下降到電極尖端的單個細(xì)胞通過在電極外施加負(fù)壓可以與玻璃電極尖端形成穩(wěn)定的高阻封接，自動判斷封接形成是否良好并自動破膜形成全細(xì)胞模式。隨后,藥物化合物等可以被自動應(yīng)用到管內(nèi)進(jìn)行全細(xì)胞模式實驗。這種方式形成的膜片鉗完全排除顯微鏡和顯微操作,從而革命性的實現(xiàn)膜片鉗技術(shù)的全自動化。它的顯著特點是仍然采用玻璃毛坯作為電極。
2. SealChip技術(shù)：
         完全摒棄了玻璃電極，而是采用SealChip平面電極芯片，一定密度的細(xì)胞懸液灌注在芯片上面，隨機(jī)下降到芯片上約1-2μm的孔上并在自動負(fù)壓的吸引下形成高阻封接，打破孔下面的細(xì)胞膜形成全細(xì)胞記錄模式。采用這一技術(shù)的美國MDC（Axon）公司的PatchXpress 7000A 系統(tǒng)是高通量全自動膜片鉗技術(shù)的典范，是離子通道藥物研發(fā)的革命性工具，在國外實驗室和制藥廠廣泛用于hERG通道藥理學(xué)的研究。其通量最高為16，即一次可同時記錄16個細(xì)胞。同時，其藥物施加微量、快速，不僅用于藥物篩選，還大量用于離子通道的基礎(chǔ)研究。
3. Population Patch Clamp（PPC）技術(shù)：
         同SealChip技術(shù)一樣，完全摒棄了玻璃電極，而是采用PatchPlate平面電極芯片。該芯片含有多個小室，每個小室中含有很多1-2μm的封接孔。在記錄時，每個小室中封接成功的細(xì)胞數(shù)目較多，獲得的記錄是這些細(xì)胞通道電流的平均值。因此，不同小室其通道電流的一致性非常好，變異系數(shù)很小。美國Axon（MDS）公司采用這一技術(shù)研發(fā)出了全自動高通量的IonWorks Quattro全自動膜片鉗藥物篩系統(tǒng)，成為藥物初期篩選的“金標(biāo)準(zhǔn)”。

二：全自動膜片鉗在藥物篩選中的應(yīng)用：
          離子通道的實驗研究最初主要來源于生理學(xué)實驗。1949～1952 年, Hodgkin 等發(fā)展的“電壓鉗技術(shù)”為離子通透性的研究提供技術(shù)條件。60年代中期,一些特異性通道抑制劑的發(fā)現(xiàn)為離子通道的研究提供有力武器。1976 年Neher和Sakmann發(fā)展的膜片鉗技術(shù)直接記錄離子單通道電流,為從分子水平上研究離子通道提供直接手段。80年代中期,生化技術(shù)的進(jìn)步,分子生物學(xué)以及基因重組技術(shù)的發(fā)展,使人們能夠分離純化許多不同的通道蛋白,直接研究離子通道的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系
         全自動膜片鉗技術(shù)一個重要的應(yīng)用方向是檢測早期藥物化合物對hERG的毒副作用。hERG通道產(chǎn)生的電流是心室復(fù)極中最重要的電流。通道被藥物后抑制直接導(dǎo)致Long QT綜合癥,很可能演變成尖端扭轉(zhuǎn)型室性心動過速,心室纖顫,直至猝死。目前發(fā)現(xiàn)幾乎所有的臨床藥物所至的LQT 或者TdP 都作用于hERG,且導(dǎo)致hERG抑制的藥物在化學(xué)結(jié)構(gòu)上沒有明顯的共性,從而很難預(yù)測,僅有通過實驗的方式給予解決。2004年, ICH和美國FDA都頒布關(guān)于非臨床檢測Ikr (其中主要是hERG)的規(guī)章,要求藥物上市時必須提供作用于離子通道的電流變化數(shù)據(jù)，否則新藥不得用于臨床。同時,根據(jù)該規(guī)章的要求美國FDA撤除由于致QT間期延長的處方藥,約為全部從市場撤除處方藥的40% 。為此,新的早期藥物安全評測方式需要引入制藥研發(fā)過程中,以便及早發(fā)現(xiàn)候選化合物潛在的心臟毒性,盡可能減少新藥研發(fā)的投資與風(fēng)險,而采用全自動膜片鉗技術(shù)正是解決該問題的最佳選擇。
          事實上,制藥企業(yè)還可以利用當(dāng)前新興藥物虛擬篩選技術(shù)進(jìn)行初篩,把初篩結(jié)果再結(jié)合全自動膜片鉗技術(shù)進(jìn)行實驗上的驗證。虛擬篩選技術(shù), 即把已經(jīng)測定三維結(jié)構(gòu)的小分子化合物或者是多肽化合物與已經(jīng)測定三維結(jié)構(gòu)的生物大分子靶標(biāo)(如離子通道) ,通過分子對接軟件進(jìn)行計算機(jī)模擬,最后得到小分子- 受體復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu),而進(jìn)行篩選研究。虛擬篩選的目的同樣是從數(shù)十萬到數(shù)百萬化合物庫中篩選出可能的小分子化合物,再進(jìn)一步進(jìn)行實驗研究。把全自動膜片鉗技術(shù)結(jié)合以離子通道為靶標(biāo)的高通量虛擬篩選研究技術(shù),無疑將會極大的縮短研究時間和節(jié)省大量的研究經(jīng)費。
         總而言之,全自動膜片鉗技術(shù)具有如下的優(yōu)點:效率高,是傳統(tǒng)膜片鉗效率的20～300倍;不需要專業(yè)電生理人員,簡單易用,所有的操作可以在電腦軟件控制的界面下完成,無須顯微防震系統(tǒng);大部分儀器的封接質(zhì)量在1GΩ以上;部分儀器同時適用于研究配體門控通道和電壓門控通道;主要應(yīng)用于藥物藥理和毒理測試;在藥物微量加樣設(shè)計方面表現(xiàn)優(yōu)秀;儀器主要工作方式為全細(xì)胞膜片鉗方式。缺點:儀器僅適用于懸浮細(xì)胞實驗。無疑地,隨著基因組測序的完成和蛋白質(zhì)組學(xué)的興起,離子通道在未來的細(xì)胞與藥物方面研究將會變得越來越重要。與此同時,作為離子通道研究的最佳伴侶- 全自動膜片鉗,由于其獨特的優(yōu)點也必定在這一領(lǐng)域大展身手。