[发明专利]细胞跨膜电位的激活和监测

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年6月5日提交的美国临时申请号61/059,155的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明涉及可用于监测和操纵细胞跨膜电压的组合物和方法。具体地，公开了纳米颗粒和它们在监测和操纵跨膜电压中的应用。

背景技术

细胞具有磷脂膜，该磷脂膜用作双分子屏障，将细胞内含物与胞外环境隔开。通过调节物质穿过膜的通道（作为细胞内信号传递的功能），磷脂膜维持细胞区室和胞外环境之间必要的组成差异。正常的不可透过的磷脂膜具有静息膜电位，其源自带正电荷和带负电荷的离子在细胞外和细胞内区室中的不等分布。通过响应于激活刺激来改变膜对某种离子的渗透性，从而允许离子沿着它们的电化学梯度向下流动，可以改变膜电位。参见，例如，2006年3月8日提交的共同拥有的和共同未决的美国申请系列号11/371,465。细胞通过膜电位的变化而彼此通讯。因此，监测细胞膜电位和它的变化允许监测细胞存活、细胞通讯(例如，特定神经元、肌肉和其它可兴奋细胞)和细胞功能以及分化。

离子通道是在可兴奋的和不可兴奋的细胞的磷脂膜中存在的跨膜蛋白。离子通道允许并调节离子跨正常离子非透性的脂双层的沿着它们的电化学梯度向下运动和传导。离子通道激活的不同状态会为更有效的药物发现提供独特的机会，实现状态依赖性的分子的开发，例如，所述分子仅结合非传导的(未激活的)通道或在重复使用后其行为和结构发生变化的通道。希望的目的之一是，将药物靶向表现出异常电活动性的组织，同时保持活动组织中的正常通道不受影响。

离子通道作为药物靶标和在离子通道安全药理学中是特别重要的。离子通道参与许多重要的功能，且由生化调节的变化、表达水平或结构突变造成的离子通道功能障碍可以不利地影响活生物体的健康。在人类中，遗传的或诱导的离子通道功能的变化会导致健康的严重并发症。异常的离子通道功能或离子通道表达已经与许多治疗领域相关联，包括心律失常、高血压、癫痫、疼痛、囊性纤维化和偶发性共济失调。存在对这些疾病的更有效的离子通道调节剂药物的持续需要。

在离子通道研究中使用了许多实验方案。例如，一种研究离子通道的方法是膜片钳方法(Neher, E.等人,Nature (1976) 260(5554):799-802; Hamill, O. P.等人, Pflugers Arch. (1981) 391(2):85-100)。尽管该技术允许对离子通道生理学做出某些详细的生物物理学表征，但是通量非常低，且膜片钳仪器的使用容易性对于大规模筛选（mass screening）而言通常不能令人满意。膜片钳仪器也不允许以生理学上有关的方式重复刺激细胞来产生动作电位。离子通道高通量筛选(“HTS”)的需求包括与令人满意的使用容易性相组合的耐用（robust）仪器和高的信号-背景比。在历史上，离子通道HTS与低信息容量等同，突出了对新颖、快速且容易的方法的需求，在所述方法中，可以收集关于不同细胞类型中的膜电位变化的更有用的信息。

可靠且耐用的离子通道HTS试验在基于离子通道的药物发现中是重要的。离子通道是动态蛋白，因此需要“感知”它们的不同功能状态的试验。竞争结合试验尽管成功地用于其它靶标类别，却经常无法鉴定调节特定离子通道状态的配体。因此，基于细胞的功能试验对于离子通道靶标的HTS而言是优选的。

用于离子通道筛选的一些HTS技术包括：结合试验、离子流试验、荧光成像和电生理学。HTS膜片钳技术被广泛用于研究穿过离子通道的电流。目前，全细胞膜片钳用于在药物发现过程的晚期对选择的先导分子进行三道筛选（tertiary screening）。但是，全细胞膜片钳不适合最初的高通量筛选。尽管非常有效，但是该技术是劳动密集的，因此，限于每天少量数据点测量。该低通量已经迫使使用其它更低特异性的和更低灵敏度的技术进行离子通道靶标的高通量筛选。理想地，耐用的HTS离子通道筛选方法具有高瞬时分辨力、高灵敏度和高信息容量，导致低的“假阴性”和“假阳性”率。尽管有材料和方法可用于研究离子通道，仍需要简便、耐用和有用的新的材料和方法。

发明内容