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自动膜片钳数据质量评估

时间:2022-07-02     【原创】

      早期的自动膜片钳技术的主要不足,在于很难形成真正的高阻封接。在实验中,往往会采用高浓度的钙离子,作为封接的促进剂(seal enhancer)。虽然在后续的实验操作中,高浓度的钙离子溶液会得到洗脱,依然会对后续的实验,产生较为负面的影响。在第二代以及后续开发的产品中,获得真实高阻封结的能力获得了较大的提升。同时诸如Qpatch系统,也成功地引入了电流钳记录模块。伴随技术的发展和迭代,整体实验体系的优化,保证了自动膜片钳实验,在高通量,高效率,低成本的同时,可以获得足以与手动膜片钳相比的数据质量。首先,稳定细胞系的获取和优化。在电生理实验中,表达外源基因的稳定细胞系是最为常用的检测对象。得到高质量的稳定细胞系,是电生理实验,尤其是自动膜片钳实验的关键。通常需要考虑的因素是宿主细胞背景,辅助亚单位的存在,基础电流污染,电流强度以及细胞间的均一性等等。适用于自动膜片钳系统的细胞,往往经过了多轮的单克隆筛选,以甄别出电流大小适宜,实验成功率高,阳性数据重复性好等优质的细胞克隆。 其次,严苛的质量控制。对于自动膜片钳系统,可以从多个维度进行质量控制,以确保良好的数据质量。质控参数1:关键性电生理学指标。这些参数的设定,可以来判断数据质量(initial cellcapture resistance (>10 MΩ), seal resistance (>1000 MΩ), currentamplitude (>200 pA), and recording stability by monitoring changes in cellcapacitance and series resistance)。在实验建立和优化过程中,这些参数的衡量,可以确保高质量的实验操作。检测液体的优化,多年自动膜片钳技术的发展,对实验中使用的液体,积累了大量的知识和经验,让研究者可以实现真实的高阻封接,获得稳定的电生理学记录;质控参数2:电流稳定性。电流升高和衰减(run-up & run-down)是电生理实验中极为严重的干扰因素。例如,在10分钟的记录期间,电压门控钠通道可能会出现20%或更多的衰减; 电压门控钙通道衰减程度则更为严重。封接质量变差,失活积累以及通道更迭(turnover)都会导致显著的电流衰减。通过具体实验条件设置(气压、电压强度的优化,各种对照的设置以及历史数据库的建立等等),在自动膜片钳系统,可以做到有效地预判和规避电流不稳定性带来的干扰。再者,通过精巧的设计,获得精确的工作液浓度控住。大多数自动膜片钳系统,都采用了微流控制技术(micro-fluidics),这项技术可以确保高效的液体交换,同时对工作液需要的体积也大大降低;主流的记录芯片一般会采用玻璃包被处理,从而大大降低了由于亲脂性分配(lipophilicpartitioning)所导致的药物吸附作用。通过技术上的、实验流程上的设计,自动膜片钳系统完全可以得到稳定且可靠的数据。我们在自己的实验室,比较了自动膜片钳和手动膜片钳实验系统中hERG的结果,显示了两者高度的一致性。Qpatch自身也呈现出较好的稳定性。

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