基于扫描离子电导显微镜负反馈扫描控制技术的高分辨率膜片钳技术

细胞膜表面精细结构中的离子通道具有重要的生理功能。为了克服目前利用光学显微镜进行微电极定位的传统膜片钳技术分辨率的不足，本实验室将扫描离子电导显微镜技术(scanning ion conductance microscopy, SICM)与商用膜片钳技术相结合，构建了基于SICM 负反馈扫描控制技术的高分辨率膜片钳技术。我们首先运用SICM 负反馈技术控制纳米尺度玻璃微探针进行活体细胞表面的非接触扫描，获得细胞膜表面微结构的高分辨率成像，而后运用SICM 负反馈控制技术操控该微探针在细胞膜表面非接触地移动并将其精确定位于扫描成像中感兴趣的膜表面纳米尺度微结构上方，最后利用该微探针作为膜片钳记录电极实现对此微结构的高分辨率电生理信号记录。为了检验该技术实现高分辨率离子通道记录的能力，分别在活体单层膜犬肾上皮(MDCK)细胞膜的微绒毛、细胞间的紧密连接等纳米尺度微结构上进行了细胞贴附式离子通道记录，结果显示MDCK 细胞膜微绒毛的离子通道在钳制电压(pipette holding potential)为-100、-60、-40、0、+40、+60、+100 mV 条件下处于开放状态，而MDCK 细胞间的紧密连接处在钳制电压为-100、-40、0、+40、+100 mV 条件下未检出有离子通道开放动作。结果提示，我们构建的高分辨率膜片钳技术实现了微探针的准确定位及特定纳米尺度微结构上的高分辨率膜片钳记录，为活体生物样品表面离子通道的空间分布及其功能研究提供了一种有效的工具。