多功能细胞传感器集成芯片的设计及实验研究

为了实现对细胞的生长凋亡等状态和电兴奋细胞的胞外电场及胞外离子代谢的同步检测,本研究提出了将具有对应功能的叉指电极(IDE)、微电极阵列(MEA)、光寻址电位传感器(LAPS)集成在单片硅基底上,设计了细胞多功能检测的集成芯片.在集成芯片的设计上,各功能模块采用多通道布局,并且优化了电极尺寸、电极间排布、电极表面特性处理等方面的设计,以减少电极之间干扰并提高性能.在加工方面利用SiO2层同时作为MEA、IDE的绝缘层和LAPS的保护层,采用微加工技术将三种传感器融合加工于同一硅基底上.器件的评估结果显示,3种传感器的性能和相应的单独设计芯片性能相近,且满足生物相容性的要求.本集成芯片成功弥补了传统细胞传感器检测参数单一的缺陷,建立了细胞多生理参数检测的细胞传感器平台.

心衰情况下心室肌细胞透壁电生理特异性的仿真研究

仿真研究心衰情况下心室肌细胞离子通道的变异对细胞电生理和透壁特异性的影响机制,以及心力衰竭下心室透壁复极化的改变与心律失常之间的关系.基于反映正常和衰竭人体心肌细胞离子通道透壁特异性的实验数据,建立离子通道水平的心肌细胞电生理数学模型,模拟仿真研究心衰情况下心室肌心外膜、中层、心内膜细胞电生理透壁特异性的变化.结果:仿真研究发现心衰导致透壁心室肌细胞电生理重建,透壁细胞的动作电位持续时间都有明显的延长,改变了动作电位的透壁特异性,进而减小了动作电位的透壁梯度,同时衰竭心脏中快步率时动作电位的比率依赖性会增加.模型研究认为这可能与心衰细胞中离子电流ICaL和Iks的透壁特异性的电生理重构有关.所发展的细胞模型不仅可以辅助细胞电生理实验分析研究,同时也是今后仿真研究心衰情况下心肌细胞兴奋-收缩耦联力学特性的重要基础.

离子通道、基因和胰岛素释放：从基础到临床

葡萄糖和去极化反应偶联在众多的促胰岛素分泌物质中，葡萄糖占主导地位。它对β细胞的功能有多方面的作用，胰岛素第一相和第二相分泌高峰和控制这些过程的亚细胞机制目前已逐渐清楚。60年代末Dean和Matthews首次报告了β细胞膜电位的测量结果，在他们的实验中，微电极插入胰岛β细胞，在葡萄糖的刺激下，产生规则的电活动，包括去极化，有动作电位的平台期以及随后膜的复极。从这些早期的研究中认识到要获得这些反应，葡萄糖必须在β细胞内进行代谢，胰岛素释放的触发关键依赖于Ca2+的内流。以后随着膜片钳(patch-clamp)技术在离子通道研究中的应用，β细胞电生理的量子活动才得以阐明。

线粒体钙离子转运抑制对心力衰竭兔细胞电生理的影响

目的：在心力衰竭的各种病理改变中，线粒体的功能异常处于中心地位；近期研究发现线粒体自身具备钙储存与释放功能，其不仅参与胞内钙离子启动的级联信号过程，还可感受其周围含钙细胞器（如肌浆网）的存在从而摄取钙，二者内游离钙离子浓度紧密相联且处于动态平衡。而心肌细胞钙离子转运功能的改变与心力衰竭心律失常的发生关系极为密切。目前对于线粒体功能对此类心律失常的影响还不得而知。本研究旨在通过观察线粒体钙离子转运体抑制剂Ru360对心力衰竭心肌细胞钙浓度、钙瞬变、肌浆网钙浓度与线粒体钙浓度的影响。

卡维地洛对心房肌细胞电生理的影响

心房颤动(房颤)是临床常见的持续性心律失常,其发生率随年龄增加而升高.房颤不仅影响患者的生活质量,还增加患者的致残、致死率.近研究表明卡维地洛可减少心胸外科手术后房颤的发生并可防止电复律后房颤的复发,但其机制尚不清楚.本研究的目的是观察长期应用卡维地洛对兔心房肌细胞电生理的影响,以阐明其抗心律失常效应的离子机制.

J波与J波综合征

J波是指心电图上QRS波与ST段之间的圆顶状或驼峰状电位变化.新近临床研究表明,在早期复极综合征、Brugada综合征和特发性心室颤动等心电图中,均存在J波形态、时限和幅度的显著改变,上述与J波密切相关的一系列临床综合征统称为J波综合征.本文详尽阐述了J波的细胞电生理和离子流机制,分析了早期复极综合征、Brugada综合征、心电图下壁导联高大J波相关的心脏性猝死的临床特点及内在机制.

卡维地洛对心房肌细胞电生理的影响

短QT综合征新进展

1999年,Josep Brugada医生发现1例患者的QT间期＜266 ms,而该患者不久后突然死亡[1].相隔1年后,Gussak等[2]正式提出短QT综合征(short QT syndrome,SQTs)的新诊断名称.经过5年的努力,有关SQTs的研究,无论在临床、遗传学以及细胞电生理等方面都取得了可喜的成绩.目前,SQTs被定义为是一种新发现的、具有遗传性的心电失调临床综合征,以短QT间期、阵发性心房颤动(房颤)和(或)室性心动过速(室速)及心原性猝死为特征的离子通道疾病.

J波综合征及其临床意义研究进展

摘要:J波指心电图QRS波结束和ST段起始的结合点(J点)抬高,振幅≥0.1 mV,时程≥20 ms,向上圆顶样或驼峰样偏离基线的波.近年来的研究中将与心电图J波有关,具备相同离子流机制,具有室性心动过速-心室颤动-心脏性猝死的倾向,合并或不合并器质性心脏病的临床综合征统称为J波综合征,认为其某些类型成为恶性室性心律失常心脏性猝死高危预警的新指标.现就近年来J波综合征在离子流和细胞电生理机制、遗传学基础、分类分型与临床意义以及治疗方面的重要进展进行综述.

钙调蛋白激酶Ⅱ信号途径与肥厚心肌心律失常

多种心血管疾病均可引起心肌肥厚,严重者可导致恶性室性心律失常,引起心源性猝死.室性心律失常发生与肥厚心肌电重构有密切关系,肥厚心肌更易发生早期后除极(EAD)或延迟后除极(DAD).Ca2+作为第二信使,通过其浓度在空间和时间上的变化将信号转化为广泛多样的生物化学效应,如维持细胞电生理的稳定状态等.Ca2+/CaM依赖的CaMK Ⅱ途径可以通过多种方式调节胞内钙的浓度,其功能异常可能引起肥厚心肌胞内钙稳态失衡,进而引起心律失常.调整CaMK Ⅱ的异常活性为临床防治肥厚心肌心律失常提供了新的生物学靶向性治疗途径.

"醒脑开窍"针刺法对脑缺血再灌注大鼠海马神经元KATP通道细胞电生理的调控研究

[目的]观察"醒脑开窍"针刺法对脑缺血再灌注大鼠海马椎体神经元三磷酸腺苷敏感性钾(KATP)通道电生理特性的影响.[方法]将32只大鼠随机分为空白组 、假手术组 、模型组 、电针组,每组8只.模型组 、电针组大鼠按照Zea longa线栓法复制大脑中动脉缺血再灌注模型,假手术组只分离颈总动脉和颈外动脉,不插入尼龙线栓.电针组给予针刺内关、水沟、三阴交治疗,每日2次,连续治疗3 d.采用Zausinger六分法评价神经功能,神经元急性分离技术获得海马椎体神经元,采用单细胞膜片钳技术记录各组大鼠海马椎体神经元KATP通道电流曲线,各组随机选择封接成功的8个膜片进行膜片钳数据分析.[结果]模型组大鼠神经功能评分明显低于空白组 、假手术组(均P<0.01),海马锥体神经元KATP通道开放时间、开放概率均明显高于空白组 、假手术组(均P<0.01),电流幅度与空白组 、假手术组比较均无统计学差异(均P>0.05);电针组大鼠神经功能评分明显高于模型组(P<0.01),海马锥体神经元KATP通道开放时间、开放概率均明显低于模型组(均P<0.01),电流幅度与模型组比较无统计学差异(P>0.05).[结论]"醒脑开窍"针刺法可以影响脑缺血再灌注大鼠海马椎体神经元KATP通道的电生理特性,其对抗脑缺血再灌注损伤的作用机制可能与调节KATP通道开放活动相关.

窦房结细胞电生理研究进展

窦房结(SAN)作为心脏的正常起搏点,其病变直接表现为心电生理功能的异常,尽管窦房结细胞本身氧耗低,代谢不活跃,但缺血缺氧仍可能是其主要的致病因素之一.窦房结疾病根据病因可分为功能性(外来性)和器质性(内在性)疾病[1].前者主要由于药物、激素及自主神经因素引起SAN功能失常,表现为电生理方面的改变;后者主要是各种原因导致的心肌细胞的损伤与组织形态的改变.

人胚胎干细胞源多巴胺能神经元的功能性分化

背景:干细胞源多巴胺能神经元作为帕金森病替代疗法的细胞来源,其体外分化方案被不断的优化和改良,后续的鉴定手段和检测指标也随之不断完善.目的:通过观察人胚胎干细胞分化为多巴胺能神经元的形态发育过程,检测其电生理特性,以了解在目前分化方案下人胚胎干细胞能否发育为形态成熟、功能成熟的多巴胺能神经元.方法:通过单层贴壁法,采用SMAD通道双抑制剂分化方案,定向诱导人胚胎干细胞分化为多巴胺能神经元,通过光镜、电镜和细胞免疫荧光等检测手段进行形态学和免疫化学鉴定,并应用膜片钳技术检测多巴胺能神经元的电生理特性.参照体内多巴胺能神经元的电生理标准,对体外分化的多巴胺能神经元进行功能评价.结果与结论:①采用SMAD通道双抑制剂分化方案,成功诱导人胚胎干细胞定向分化为形态学上发育成熟的多巴胺能神经元;②膜片钳检测结果显示多巴胺能神经元具有成熟的电生理功能,且其电生理特性符合体内多巴胺能神经元的评价标准;③上述分化方案可以将人胚胎干细胞定向分化为成熟的、有功能的多巴胺能神经元.

膜片钳技术在各学科研究中的应用

膜片钳技术作为先进的细胞电生理技术,已成为研究离子通道重要的手段.利用膜片钳技术可以证实细胞膜上离子通道的存在并能对其电生理特性、分子结构进行进一步研究.膜片钳技术自发明以来,被广泛用于生物学、生理学、生物化学、药理学等多种学科的基础研究.基于此,就近年膜片钳技术的研究、记录方式,以及其在神经系统、胃肠道、心脏、视觉神经细胞、精子通道、药理学等方面的应用做一简要综述.

老龄与房颤的关系研究进展

老龄对心房的影响表现在组织结构、细胞电生理、神经调节、基因突变等多个方面,近年来国内外在这一领域的研究进展有助于深化对房颤发生机制的认识.

索他洛尔对心房肌细胞作用的电生理研究

目的:观察索他洛尔(sotalol)对心房肌细胞动作电位的影响.方法:将5只豚鼠心房肌标本,以不同浓度索他洛尔(10μM、20μM、50μM)灌注,分别记录动作电位;5只心房肌标本,以50μM索他洛尔灌注后加100nM异丙基肾上腺素观察动作电位变化.结果:不同浓度索他洛尔作用下心房肌细胞动作电位时程依次延长,加用异丙基肾上腺素使延长的动作电位时程缩短.结论:索他洛尔能延长心房肌细胞动作电位并表现出剂量依赖关系,同时能拮抗儿茶酚胺,从而在治疗房性心律失常方面的机制提供了依据.

从细胞电生理角度阐述甘松抗心律失常机理

心律失常是指心脏冲动的频率、节律、起源部位、传导速度或激动顺序的异常,是临床常见的心血管疾病之一,属于祖国医学中的心悸、怔忡、胸痹等病范畴,临床表现为心悸不安、胸闷气短、脉律不齐,甚至出现胸痛、眩晕、晕厥等症状.

体外培养兔角膜内皮细胞电生理特性的初步研究

目的 通过测定体外培养兔角膜内皮细胞(rabbit corneal enduthelial cells,RCECs)静息电位及全细胞电流,初步研究角膜内皮细胞的电生理特性.方法 采用后弹力层及内皮层揭取联合组织块法进行RCECs体外培养.采用膜片钳全细胞记录模式记录原代及传代RCECs细胞静息电位及全细胞电流.绘制电流一电压(I/V)曲线.结果 体外培养原代RCECs的平均静息膜电位水平为(20.9±1.7)mV(n=6),第2代RCECs的平均静息膜电位水平为(15.1±1.8)mV(n=6),两者差异有统计学意义(P<0.01).在钳制电位+60 mV下,原代RCECs全细胞电流为(396.2+39.0)pA(n=5),大于第2代RCECs的全细胞电流(201.4±45.2)pA(n=5),差异有非常显著的统计学意义(P<0.01).结论 后弹力层及内皮层揭取联合组织块法获得的原代及传代RCECs,在静息电位和全细胞电流等电生理特性方面存在差异.

牛磺酸对蟾蜍椎旁交感神经细胞作用的离子机制研究

目的:观察蟾蜍椎旁交感神经节的牛磺酸含量以及牛磺酸所致蟾蜍椎旁交感神经节细胞膜电位变化和它的离子机制.方法:采用高压液相层析测定蟾蜍椎旁交感神经节的牛磺酸含量和应用细胞外微电极技术记录离体灌流的蟾蜍椎旁交感神经节细胞膜电位.结果:蟾蜍椎旁交感神经节的牛磺酸含量为(1.40±0.36) μg/mg(蟾蜍神经节湿重).外源性牛磺酸(100 mmol/L)可引起超极化化反应,使其幅值减小(62.14±25.48)%(n=10,P＜0.01).无钠液灌流可加强牛磺酸的去极化反应,且去极化之后伴随超极化反应,使其去极化幅值增大(160.26±36.18)%(n=8,P＜0.01),超极化的幅值为(4.63±17.92)mv(n=8).用无钙液灌流对牛磺酸的去极化有抑制作用,使其幅值减小(46.42±32.16)%(n=8,P＜0.01),对牛磺酸超极化反应无明显的影响.结论:蟾蜍椎旁交感神经节含有牛磺酸.牛磺酸导致蟾蜍椎旁交感神经节细胞出现超极化反应,去极化反应和超极化后伴随去极化的双相反应.Cl-是介导超极化反应的主要电荷载体,而Ca2+则是介导去极化反应的主要电荷载体.

J波及J波综合征研究现状与展望

目的 J波是指心电图上QRS波与ST段之间的圆顶状或驼峰状电位变化.在早期复极综合征、Brugada综合征和特发性心室颤动等心电图中,均存在J波形态、时限和幅度的改变,上述与J波密切相关的一系列临床综合征统称为J波综合征.J波形成的离子机制是瞬时外向钾电流(Ito)增加,电生理基础是内外膜电位差和复极离散度增大,产生二位相折返致恶性心律失常及猝死.缺血性J波伴ST段抬高可作为心脏性猝死的高危心电图表现.