Patch Clamp

Die Patch-Clamp-Technik ist eine Messmethode in der Elektrophysiologie, mit der sich heute der Strom durch einzelne Ionenkanäle in der Zellmembran einer Zelle darstellen lässt.

Die Bezeichnung Patch bezieht sich auf den kleinen Membranausschnitt (engl. patch: Flicken) unter der Patch-Pipette, die zugleich als Messelektrode dient.

Während der Messung wird der Membranpatch auf einem vorgegebenem Potential gehalten (engl. to clamp: befestigen, festklemmen).

Abhängig davon, ob nach dem Aufsetzen der Patch-Pipette dieser Membranbereich aus der Zelle herausgelöst oder an der intakten Zelle gemessen wird, werden bestimmte Konfigurationen in der Patch-Clamp-Technik unterschieden.

Mit Hilfe dieser Methode kann man direkt untersuchen, ob z.B. Pansenepithelzellen Proteine für die Leitung von NH4+ oder Acetat Anionen besitzen.

Whole-Cell-Konfiguration

Hier wird der Strom über die gesamte Zellmembran gemessen. Eine Glaspipette wird auf die Zellmembran gesetzt. Durch Anlegen eines Unterdrucks wird ein Membranstückchen herausgesaugt und legt sich eng an die Glaswand der Pipette an.  Mit etwas Glück gelingt es, einen dichten „seal“ herzustellen. Jetzt kann durch etwas stärkeres Ansaugen dieses Membranstückchen durchbrochen werden und es besteht jetzt eine Verbindung zum Zytosol der Zelle, über die die Pipettenlösung in die Zelle diffundieren kann.

Über einen in die Glaspipette geschobenen Draht kann das Eigenpotential der Zelle gemessen oder aber die Spannung auf beliebige Werte geklemmt und der fließende Strom gemessen werden.

Durch Variation der Messlösungen gelingt es so, herauszufinden, welche Ionen über die Zellmembran geleitet werden.  So kann man z.B. eine Lösung mit Ammonium oder Azetat applizieren und untersuchen, ob das Ammoniumion oder das Azetation geleitet wird. Dieser Konfigurationsansatz wird am Institut für Veterinär-Physiologie an Pansenepithelzellen durchgeführt.

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Inside Out Konfiguration

In dieser Konfiguration wird ein einzelnes Stückchen aus der Zellmembran untersucht.

Wieder wird die Pipette auf die Zelle gesetzt; es wird ein Membranstückchen angesaugt.  Jetzt wird aber die gesamte Pipette nach oben bewegt.  Mit Glück bleibt das Membranstückchen in der Pipette hängen und die Leitfähigkeit auf verschiedene Ionen kann untersucht werden.

So kann man sehen, was passiert, wenn man z.B. Chlorid aus der Lösung entfernt. Nimmt der Strom ab, handelt es sich um einen Chloridkanal. Als nächstes kann untersucht werden, ob dieser Kanal auch andere Anionen leitet – z.B. Iod, oder Fluor – oder auch Acetat, das Anion der Essigsäure.

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