En patch clamp inspelning avslöjar övergångar mellan två konduktans tillstånd av en enda jonkanal: Stängt och öppna.

Patch clamp-tekniken är en laboratorieteknik i elektrofysiologi som tillåter studiet av enkla eller multipla jonkanaler i celler.

Tekniken kan tillämpas på ett stort antal olika celler, men är särskilt användbar i studiet av exciterbara celler såsom neuroner, kardiomyocyter, muskelfibrer och pankreasceller beta.

Man kan också användas för att studera av bakteriella jonkanaler i speciellt framställda jätte sfäroplaster.

Plåster clamp tekniken är en vidareutveckling av spänningsklämman.

Erwin Neher och Bert Sakmann utvecklade patch clamp i slutet av 1970 och början av 1980-talet. Denna upptäckt gjorde det möjligt att spela in strömmarna av enstaka jonkanaler för första gången, visar deras engagemang i grundläggande cellprocesser såsom aktionspotential ledning.

Neher och Sakmann fick Nobelpriset i fysiologi eller medicin 1991 för detta arbete.

Grundläggande teknik

Cellanslutna patch clamp använder en mikropipett fäst till cellmembranet för inspelning från en enda jonkanal.

Patch clamp inspelning används, som en elektrod, en glasmikropipett som har en öppen spets diameter av ungefär en mikrometer, en storlek innesluter ett område membranyta eller “lapp” som ofta innehåller endast en eller ett fåtal molekyler jon kanaler.

Denna typ av elektrod är skild från den “skarpa mikroelektroden” som används för att spetsa celler i traditionella intracellulära inspelningar, i det att den förseglats på ytan av cellmembranet, snarare än infört genom den.

I vissa experiment, är mikropipett spetsen upphettad i en microforge att producera en slät yta som hjälper att bilda en hög resistans tätning med cellmembranet.

Det inre av pipetten är fylld med en lösning som matchar den joniska sammansättningen av badlösningen, såsom i fallet av cell-anslutna inspelning, eller cytoplasman för helcells-inspelning.

En klorerad silvertråd placeras i kontakt med denna lösning, och leder ström till förstärkaren. Utredaren kan ändra sammansättningen av denna lösning eller lägga droger för att studera jonkanalerna under olika förhållanden.

Mikropipetten pressas mot ett cellmembran och sug appliceras för att underlätta bildandet av en hög resistans tätning mellan glaset och cellmembranet (en “gigaohm sigill” eller “gigatätning”, eftersom det elektriska motståndet hos denna tätning är över en gigaohm).

Den höga resistansen hos denna tätning gör det möjligt att elektroniskt isolera de strömmar som mäts över membranplåstret med lite konkurrerande störning, samt att ge en viss mekanisk stabilitet till inspelningen.

Till skillnad från traditionella två-elektrod inspelningar med spänningsklämma använder patch clamp inspelning en enda elektrod för att spela in strömmarna.

Många patch clamp förstärkare använder inte spänningsklämma utan är differentiella förstärkare som använder badelektroden för att nollställa nuvarande nivå.

Detta kan forskaren att hålla spänningen konstant under iakttagande av förändringar i ström. Alternativt kan cellen vara aktuellt fastklämd i helcells-läge, håller strömmen konstant samtidigt iaktta förändringar i membran spänning.

Variationer

Flera variationer av den grundläggande tekniken kan användas, beroende på vad forskaren vill studera.

De Inifrån-ut och utanför ut tekniker kallas “utskurna patch”-teknik, eftersom plåstret skärs (bort) från huvuddelen av cellen.

Cell-bunden och båda utskurna patch tekniker används för att studera beteendet hos enskilda jonkanaler i den del av membranet som är fäst till elektroden.

Helcell-lapp och perforerade plåster tillåter forskaren att studera elektriska beteende i hela cellen, i stället för enkanaliga strömmar.

Hel-cell plåster, vilket möjliggör låg resistans elektrisk åtkomst till insidan av en cell, har nu till stor del ersatt av hög resistans tekniker mikroelektrod inspelning för att spela in strömmar över hela cellmembranet.