Labster Logo

Patch-Clamp-Technik

Die Patch-Clamp-Technik ist eine vielseitige Technik in der Elektrophysiologie, die zur Studie von Ionenkanälen in isolierten lebenden Zellen, Gewebeschnitten, oder kleinen Stellen („Patches“) der Zellmembran verwendet werden kann. „Patch“ bezieht sich auf eine kleine Stelle der Zellmembran und „Clamp“ bezieht sich auf das „Klemmen“ einer der elektrischen Variablen (Spannung oder Strom), während die andere Variable gemessen wird. Abhängig von der „fixen“ Variable, wird die Technik auch Spannungsklemme oder Stromzange genannt. Diese Methoden sind vor allem nützlich bei der Studie von erregbaren Zellen wie Neuronen.

Häufig werden folgende Elemente dafür verwendet:

  • Perfusionspuffer in dem die Zellen überleben können (CsCl/MgCl2)

  • Ein Stromkreis aus:

    • Pipettenspitze mit einer Aufzeichnungselektrode (die normalerweise Kontakt zur Zelle hat)

    • Referenzelektrode (die normalerweise Kontakt mit dem Perfusionspuffer hat)

    • Zellen zwischen den Elektroden

  • Mikromanipulator, um die Elektroden zu kontrollieren

  • Unterschiedliche Hardware und Software, um die Signale zu verstärken und aufzuzeichnen

This schematic shows some components of the patch clamp technique. A neuron is in a buffer solution. A pipette and recording electrode are inside the neuron. In the buffer solution, there is a reference electrode which points at the neuron.

Abbildung 1: Schematische Darstellung mancher Elemente der Patch-Clamp-Technik.

Nachdem der Perfusionspuffer zu den Zellen gegeben wurde, stellt die Pipettenspitze mit der Aufzeichnungselektrode Kontakt mit einer winzigen Stelle der Zellmembran her. Dann können unterschiedliche Techniken angewandt werden, abhängig davon, welches Ziel verfolg wird und welche der Variablen „fix“ ist:

  • Cell-Attached: Die Zellmembran bleibt unversehrt. Die Methode zeichnet Spannung/Strom durch einen einzelnen Ionenkanal auf. Wird verwendet, um die Charakteristika unterschiedlicher Kanäle miteinander zu vergleichen.

  • Whole-Cell: Die Zellmembran wird durchbrochen und das Innere der Pipettenspitze (mit der Aufzeichnungselektrode) wird eins mit dem Zytoplasma der Zelle. Diese Methode kann die Spannung/den Strom der gesamten Zelle aufzeichnen.

  • Inside-Out: Die Zellmembran wird durchbrochen. Die Stelle der Zellmembran mit dem Ionenkanal innerhalb der Pipettenspitze bleibt heften. Diese Methode wird verwendet, um die Antwort des intrazellulären Teils eines Einzelkanals auf unterschiedliche Medien zu untersuchen.

  • Outside-Out: Die Zellmembran wird durchbrochen. Die Stelle der Zellmembran mit dem Ionenkanal bleibt aktiv und befindet sich hier außerhalb der Pipettenspitze. Wenn die Zellmembran repariert wird, ist der extrazelluläre Teil des Kanals dem Medium ausgesetzt. Diese Methode wird verwendet, um zu untersuchen, wie extrazelluläre chemische Signale die Ionenkanalaktivität beeinflussen.