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导读：膜片钳技术被称为研究离子通道的“金标准”。本文将详细介绍全自动膜片钳技术的原理、发展历程及其在药物筛选中的重要应用。

一：全自动膜片钳技术介绍

膜片钳技术是研究离子通道的最重要技术，被誉为研究离子通道的“金标准”。传统膜片钳技术（Conventional patch clamp technique）需要手动操作，每次只能记录一个细胞（或一对细胞），对实验人员来说是一项耗时耗力的工作。这种方式不适合在药物开发初期和中期进行大规模化合物筛选，也不适合需要记录大量细胞的基础研究。

全自动膜片钳技术（Automated patch clamp technique）的出现极大地解决了这些问题。全自动膜片钳技术不仅通量高，一次可记录多个甚至几十个细胞，而且从寻找细胞、形成封接到破膜的整个实验操作均实现了自动化。这种技术的高效性和自动化特性使其成为药物筛选和离子通道研究的重要工具。

1. Flip-Tip翻转技术：

Flip-Tip技术通过将一定密度的细胞悬液灌注到玻璃电极中，单个细胞在电极外施加负压的作用下与玻璃电极尖端形成稳定的高阻封接。系统会自动判断封接质量并破膜形成全细胞模式，随后药物化合物可自动应用于管内进行实验。这种技术完全排除了显微镜和显微操作的需求，革命性地实现了膜片钳技术的全自动化。

2. SealChip技术：

SealChip技术摒弃了传统的玻璃电极，采用SealChip平面电极芯片。细胞悬液被灌注到芯片上，细胞在负压吸引下随机下降到芯片孔上形成高阻封接，随后破膜形成全细胞记录模式。采用这一技术的美国MDC（Axon）公司的PatchXpress 7000A系统是高通量全自动膜片钳技术的典范，广泛用于hERG通道药理学研究。

3. Population Patch Clamp（PPC）技术：

PPC技术采用PatchPlate平面电极芯片，每个芯片包含多个小室，每个小室中含有多个封接孔。记录时，每个小室中封接成功的细胞数目较多，获得的记录是这些细胞通道电流的平均值。美国Axon（MDS）公司基于该技术研发了IonWorks Quattro全自动膜片钳药物筛选系统，成为药物初期筛选的“金标准”。

二：全自动膜片钳在药物筛选中的应用

离子通道的研究最初主要来源于生理学实验。1949～1952年，Hodgkin等人发展了“电压钳技术”，为离子通透性研究提供了技术条件。1976年，Neher和Sakmann发展了膜片钳技术，直接记录离子单通道电流，为从分子水平研究离子通道提供了直接手段。

全自动膜片钳技术的重要应用之一是检测早期药物化合物对hERG通道的毒副作用。hERG通道产生的电流是心室复极中最重要的电流，其被药物抑制可能导致Long QT综合症，进而引发心律失常甚至猝死。2004年，ICH和美国FDA颁布了关于非临床检测Ikr（主要是hERG）的规章，要求药物上市时必须提供作用于离子通道的电流变化数据，否则新药不得用于临床。全自动膜片钳技术因其高效性成为解决这一问题的最佳选择。

此外，制药企业还可以结合虚拟筛选技术进行初筛，再通过全自动膜片钳技术验证初筛结果。虚拟筛选技术利用分子对接软件对小分子化合物与生物大分子靶标（如离子通道）进行计算机模拟，从而筛选出潜在的小分子化合物。将全自动膜片钳技术与虚拟筛选技术相结合，可以大幅缩短研究时间并节省研发经费。

总结：

全自动膜片钳技术具有高效率、操作简便、无需专业电生理人员等优点，是传统膜片钳效率的20～300倍。其主要应用包括药物药理和毒理测试，尤其在检测药物对离子通道的影响方面具有重要意义。尽管目前该技术仅适用于悬浮细胞实验，但随着基因组测序的完成和蛋白质组学的兴起，离子通道的研究将更加重要，全自动膜片钳技术也将在这一领域发挥更大作用。