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Patch-Clamp-Technik

Englisch: patch clamp technique

1 Definition

Bei der Patch-Clamp-Technik handelt es sich um eine elektrophysiologische Analysemethode, die zur Darstellung von durch die Zellmembran gerichteten Strömen verwendet wird. Der Begriff setzt sich wie folgt zusammen: Patch bezeichnet einen kleinen Abschnitt der Zellmembran, der von der Messpipette berührt wird (engl. patch = flicken). Clamp bedeutet in diesem Zusammenhang das während der Messung stets gleichgehaltene elektrische Potenzial (engl. clamp = befestigen). Vom Verfahren her existieren unterschiedliche Varianten der Patch-Clamp-Technik. Das wichtigste Unterscheidungskriterium ist dabei, ob das zu untersuchende Fragment der Zellmembran aus der Zelle herausgeschnitten wird, oder ob die Messung an der Gesamtheit der funktionellen Zelle durchgeführt wird.

2 Geschichte

Die Technik existiert in dieser Form seit dem Jahr 1976 und wurde von den beiden Wissenschaftlern Bert Sakmann und Erwin Neher entwickelt und beschrieben. Beide erhielten als Ehrung für diese Leistung den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin.

3 Prinzip

Grundlage der Patch-Clamp-Technik ist zunächst die biologische Tatsache, dass eine Zelle mit zahlreichen Ionenkanälen und Poren ausgestattet ist. Je nach physiologischem Zustand der Zelle befinden sich innerhalb und außerhalb der Zelle vollkommen unterschiedliche Ionenkonzentrationen bzw. Ladungen. Obwohl die Lipiddoppelschicht der Membran für Ionen und Wassermoleküle undurchlässig ist, kommt es regelmäßig zu einem Austausch von geladenen Teilchen durch die Zellmembran. Dies ist durch die Spannungsabhängigkeit der Ionenkanäle zu erklären. Ist ein bestimmtes Membranpotenzial erreicht, öffnen sich die Kanäle nach dem Alles-oder-nichts-Prinzip. Die Patch-Clamp-Technik setzt exakt dort an: Eine extrem feine Messpipette wird zu einem Ionenkanal vorgeschoben, ohne die Zellmembran dabei zu perforieren. Dies erlaubt eine räumlich exakte Bestimmung des lokalen elektrischen Potenzials. Durch eine elektrisch sehr enge Verbindung zwischen der Zellmembran und dem Rand der Pipette werden (das Ergebnis verfälschende) Leckströme weitestgehend vermieden.

4 Präparation der Zellen

5 Messorte

6 Pipette

  • Anfertigung aus einer sehr feinen Glaskapillare
  • Befüllung der Pipette mit einer Strom-leitfähigen Lösung
  • in die Lösung wird ein sehr feiner Silberdraht getaucht, der eine Beschichtung aus Silberchlorid enthält
  • im Anschluss wird die Pipette in die Messapparatur eingespannt und mit einem Vorverstärker gekoppelt
  • durch einen vorgeschalteten Operationsverstärker genügt eine Pipette, die in Kontakt mit der Zelle tritt

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