Patch-Clamp Elektrophysiologie

Patch-Clamp Elektrophysiologie

Die Elektrophysiologie ist eine der grundlegenden Disziplinen zur Untersuchung von Ionenkanälen in den Neurowissenschaften und der Herzphysiologie. Die Patch-Clamp-Technik ist ein in der Elektrophysiologie vielseitig anwendbares Werkzeug und dient dem Verständnis des Verhaltens von Ionenkanälen.

Jede Zelle exprimiert Ionenkanäle. Jedoch gehören Nervenzellen, Muskelfasern, Kardiomyozyten und Oozyten, die einzelne Ionenkanäle überexprimieren, zu den Zellen, die am häufigsten mit Patch-Clamp-Techniken untersucht werden. Um die Leitfähigkeit einzelner Ionenkanäle zu untersuchen, bildet eine Mikroelektrode eine sehr widerstandsfähige Folie mit der zellulären Membran, und ein Ausschnitt der Zellmembran, der den zu untersuchenden Ionenkanal enthält, wird entnommen. Alternativ kann dieser kleine Ausschnitt herausgerissen werden, während die Mikroelektrode mit der Zellmembran versiegelt ist, wodurch die Elektrode Zugang zur gesamten Zelle erlangt. Danach wird durch Spannung eine Voltage-Clamp erzeugt und der Membranstrom gemessen. Die Stromzange kann auch verwendet werden, um Änderungen der Membranpotenzial genannten Membranspannung zu messen. Änderungen der Spannung oder des Stroms in Zellmembranen können durch Zugabe von Verbindungen, die Kanäle blockieren oder öffnen, beeinflusst werden. Diese Techniken ermöglichen es Forschern zu verstehen, wie sich Ionenkanäle unter normalen Umständen und in Krankheitsstadien verhalten und wie verschiedene Wirkstoffe, Ionen oder andere Analyte diese Bedingungen verändern können.

Technische Verfahren in der Elektrophysiologie

  • Was ist kontinuierliche Einzelelektroden-Voltage-Clamp (cSEVC)?

    cSEVC

    Was ist kontinuierliche Einzelelektroden-Voltage-Clamp (cSEVC)? cSEVC (continuous single-electrode voltage clamp) ist eine elektrophysiologische Patch-Clamp-Methode, die eine Membranspannung an einer Zelle anlegt und die Veränderung des Stromdurchflusses mit zunehmender Spannung misst.

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  • Was ist diskontinuierliche Einzelelektroden-Voltage-Clamp (dSEVC)?

    dSEVC

     In einer diskontinuierlichen Einzelelektroden-Voltage-Clamp (dSEVC, discontinuous single-electrode voltage clamp) werden die Aufgaben der Aufzeichnung von Spannung und Stromdurchfluss derselben Mikropipette zugewiesen.

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  • Was ist ein Aktionspotenzial?

    Aktionspotenzial

     Ein Aktionspotenzial ist ein schneller Anstieg und anschließender Abfall der Spannung oder des Membranpotenzials in einer zellulären Membran in einem charakteristischen Muster. Beispiele für Zellen, deren Signalgebung über Aktionspotenziale erfolgt, sind Nerven- und Muskelzellen.

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  • Digitale Erfassung in der Patch-Clamp-Elektrophysiologie

    Digitale Erfassung

    Die vom Verstärker erfassten Ströme oder Spannungssignale sind analoge Signale. Um jedoch die für hochauflösende Patch-Clamp-Messungen benötigte Datenanalyse durchzuführen, muss das analoge Signal in ein digitales umgewandelt werden. Der Digitalisierer wird zwischen dem Verstärker und dem Computer platziert, wo er diese wichtige Aufgabe ausführt. Die Qualität des Signals ist extrem wichtig und wird durch die Abtastfrequenz beeinflusst. Die neueste Generation der Digidata Digitalisierer kann bei 500 kHz abtasten und kann mit der HumSilencer Funktion ausgestattet werden, die 50/60 Hz Zeilenfrequenzrauschen beseitigt.

  • Technik der Patch-Clamp-Einzelkanalaufzeichnung

    Einzelkanalaufzeichnung

    Bei der Patch-Clamp-Technik bildet eine Mikropipette aus Glas mit einer Zellmembran eine feste Gigaohm-Dichtung. Die Mikropipette besitzt einen Draht, der in eine Elektrolyt-Lösung eintaucht, um Ionen zu leiten. Zur Messung einzelner Ionenkanäle wird ein „Patch“ (Ausschnitt) aus einer Membran von der Zelle weggezogen, nachdem sich eine Gigaohm-Dichtung gebildet hat. Fall sich ein einzelner Ionenkanal in dem Patch befindet, kann ein Strom gemessen werden. Der Axopatch 200B ist mit seinem extrem rauscharmen Profil ideal für diese Anwendung, da er Signale von Ionenkanälen der kleinsten Leitfähigkeit maximiert.

  • Patch-Clamp Aktionspotenzial Suche nach zellulären Ereignissen

    Action Potential Search

    Aktionspotenziale stellen wichtige zelluläre Ereignisse dar. Ohne Aktionspotenziale würden Herzen nicht schlagen und Neurone nicht feuern. Deswegen ist das Messen dieser Ereignisse wesentlich. Das Action Potential Search Tool im Clampfit 11 Advanced Module erkennt alle Aktionspotenziale in der Datendatei. Es wendet benutzerdefinierte und Software-bestimmte Metriken an, einschließlich Amplitude, Dauer des Aktionspotentials, Anstiegs- und Abfallzeit, Anstiegs- und Abfallneigung, Spitze-Spitze-Frequenz und -Zeit, die Amplitudendifferenz Delta pro Peak, die Amplitude nach dem Potential und deren Dauer und das Schwellenpotential.

  • Ionenkanäle

    Ionenkanäle

    Ein Ionenkanal ist eine Gruppe von Proteinen, die eine Pore durch die Lipid-Doppelschicht einer Zelle bilden. Jeder Kanal ist für ein spezifisches Ion permeabel (z. B. Kalium, Natrium, Calcium oder Chlorid). Die Patch-Clamp wird verwendet, um den Strom oder die Spannung in der Membran zu beurteilen, die in Verbindung mit der Aktivität von Ionenkanälen auftritt. Diese direkten Messungen in Echtzeit werden durch die Anwendung extrem empfindlicher Verstärker, hochqualitativer Datengewinnungssysteme und einer leistungsstarken Software zur Auswertung der Ergebnisse ermöglicht.

  • Techniken der Patch-Clamp-Elektrophysiologie

    Patch-Clamp

    Bei der Patch-Clamp-Technik bildet eine Mikropipette aus Glas mit einer Zellmembran eine feste Gigaohm (GΩ)-Dichtung. Die Mikropipette besitzt einen Draht, der in eine Elektrolyt-Lösung eintaucht, um Ionen zu leiten. Die Whole-Cell-Technik beruht darauf, dass ein Membran-Patch durch leichtes Ansaugen herausgerissen wird und ein elektrischer Zugang mit geringem Widerstand und die Kontrolle über die Transmembran-Spannung ermöglicht wird. Alternativ können Forscher einen Membran-Patch von der Zelle wegziehen und die durch Einzelkanäle fließenden Ströme mit der Inside-out oder Outside-out Patch-Clamp-Technik beurteilen.

  • Whole-Cell-Aufzeichnungen mit der Patch-Clamp-Technik

    Whole-Zelle-Aufzeichnung

    Bei der Whole-Cell-Patch-Clamp-Technik bildet eine Mikropipette aus Glas mit einer Zellmembran eine feste Gigaohm (GΩ)-Dichtung. Die Mikropipette besitzt einen Draht, der in eine Elektrolyt-Lösung eintaucht, um Ionen zu leiten. Anschließend wird ein Membran-Patch durch leichtes Ansaugen herausgerissen, so dass die Mikropipette aus Glas einen Zugang mit geringem Widerstand zur ganzen Zelle erlangt. Dem Forscher wird so die Steuerung der Transmembran-Spannung und die Beurteilung der Summe aller membrangebundenen Ionenkanäle fließenden Ströme ermöglicht.

  • Kompensation des Serienwiderstands mit der Whole-Cell-Aufzeichnungsmethode

    Kompensation des Serienwiderstands

    Der Serienwiderstand ist die Summe aller Widerstände zwischen dem Verstärker und der Innenseite der Zelle, die mit der Whole-Cell-Aufzeichnungsmethode gemessen wird. Nach dem Ohm'schen Gesetz ist der Widerstand umso höher, je größer der Unterschied zwischen der Kommando-Spannung und den gemessenen Werten ist. Dies erzeugt einen Fehler in den tatsächlichen Spannungs- oder Strommessungen, der eventuell zu fehlerhaften Beobachtungen führt. Um dies zu beseitigen, haben die Verstärker von Molecular Devices einen integrierten Kreislauf. Dies verbessert die Bandbreite der Aufzeichnung, indem der Fehler kompensiert wird, der durch den Abfall der Spannung oder des Stroms über den Serienwiderstand entsteht.

  • Voltage-Clamp-Verstärker

    Voltage-Clamp-Verstärker

    Bei der Anwendung der Voltage-Clamp-Methode in einem Experiment kontrolliert der Forscher die Membranspannung in einer Zelle und misst den Stromfluss zwischen den Membranen, der zur Aufrechterhaltung der Spannung notwendig ist. Diese Beeinflussung der Spannung wird Kommando-Spannung genannt. Um das Niveau dieser Kommando-Spannung aufrecht zu erhalten, muss ein Verstärker Strom einspeisen. Der eingespeiste Strom wird gleich stark mit und gegenläufig zu dem Strom sein, der durch die geöffneten Ionenkanäle entweicht. Dies ermöglicht dem Verstärker, die Strommenge zu messen, die durch die geöffneten membrangebundenen Ionenkanäle fließt.

  • Current-Clamp-Verstärker

    Current-Clamp-Verstärker

    Current-Clamp ist eine Methode, die zur Messung des Membranpotenzials (Spannung) dient, die aus der Einspeisung eines Stroms resultiert. Um das Membranpotenzial zu messen, überprüfen sowohl der MultiClamp 700B als auch der Axoclamp 900A den Abfall der Spannung, die durch die Einspeisung eines Stroms entlang eines in Reihe geschalteten Widerstands ausgelöst wird. Current-Clamp wird üblicherweise dazu verwendet, simulierte, aber realistische Stromwellenformen in eine Zelle einzuspeisen und die Auswirkung auf die Membran zu prüfen. Diese Technik ist ideal zur Beurteilung von wichtigen zellulären Ereignissen wie Aktionspotenzialen.

  • HumSilencer Technologie

    HumSilencer Technologie

    50/60 Hz Zeilenfrequenzrauschen, auch als elektrisches Brummen bekannt, ist die häufigste Quelle von Hintergrundrauschen in Elektrophysiologie-Experimenten mit Patch-Clamp. Dieses Rauschen kann die biologischen Signale von Interesse erdrücken und empfindliche Patch-Clamp-Messungen dadurch fast unmöglich machen. Eine herkömmliche Fehlerbehebung zeigt üblicherweise nur teilweise Wirkung und kann die Genauigkeit der Daten beeinträchtigen. Der HumSilencer ist eine filterfreie, adaptive Technologie, die Zeilenfrequenzrauschen erlernt und beseitigt, ohne Methoden anzuwenden, die wie Filter die Genauigkeit des Signals beeinträchtigen oder das biologische Signal verzerren können.

  •  Analyse zellulärer Signalwege

    Analyse zellulärer Signalwege

    Ionenkanäle sind an vielen Signalwegen in Zellen beteiligt, und das Verständnis der Funktion von Ionenkanälen in Reaktion auf Veränderungen des Membranpotenzials oder das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein anderer Moleküle ist wichtig, um genau zu verstehen, wie Ionenkanäle an normalen und anormalen biologischen Prozessen wie der Zelldifferenzierung und -migration, Krankheitsstadien und der neuronalen Kommunikation beteiligt sind.

  • Ionenkanäle in der Krankheitsforschung

    Krankheitsforschung

    Ionenkanäle spielen bei vielen Erkrankungen wie Hypertenonie, Herzrhythmusstörungen, Gastrointestinal-, Immun- und neuromuskuläre Erkrankungen, pathologische Schmerzen und Krebs eine Rolle. Durch das Verständnis der genauen Rolle, die Ionenkanäle bei einer bestimmten Erkrankung spielen, können Forscher eine Methode finden, den Ionenkanal so zu beeinflussen, dass sich der Krankheitsverlauf ändert.

  • Population Spike Search Tool

    Population Spike Search

    Obwohl die Aufzeichnungen der Höchstwerte von Populationen und Paired-Puls-Experimente einfach zu dokumentieren sind, sind sie herkömmlicherweise schwer zu analysieren. Mit dem Clampfit Advanced Analysis Module in der pCLAMP 11 Software ist dies nicht mehr der Fall. Das Population Spike Search Tool lokalisiert Höchstwerte von Populationen automatisch aufgrund von benutzerdefinierten Parametern und errechnet die Amplitude, Fläche unter der Kurve, Halbwertsbreite, Anstiegszeit, Abfallzeit, Anstiegsneigung, Abfallneigung, Verlauf der Populations-Höchstwerte und paarweise Pulse.

  • Makros zur Chargendatenanalyse

    Makros zur Chargendatenanalyse

    Das Clampfit Advanced Analysis Module, Teil der pCLAMP 11 Software Suite, umfasst ein Batch Data Analysis Tool, das Makros verwendet, um die Datenanalyse zu beschleunigen. Die Analyse von Chargen spart Zeit, indem sie große Mengen an Daten analysiert, die mit demselben Protokoll erzeugt wurden. Um die Chargendatenanalyse durchzuführen schalten Sie einfach die Macro Capture Funktion ein, analysieren die Daten und speichern das Makro. Falls weitere Daten analysiert werden müssen, wenden Sie das gespeicherte Makro einfach an und die Daten werden automatisch analysiert.

  • Automatisierte Ereignisdetektion mit Clampfit

    Automatisierte Detektion von Ereignissen

    Das Clampfit Advanced Analysis Module, Teil der pCLAMP 11 Software Suite, besitzt eine flexible Technik zur Ereignisdetektion, die spontane und evozierte Aktionspotentiale und postsynaptische Daten analysiert. Die Ereignisse werden durch das Überschreiten eines Schwellenwertes oder eine Template-Search erkannt, die Muster vergleicht. Die Template Search Funktion analysiert spontane Ereignisse wie synaptische Miniatur-EPSPs und -IPSPs. Zusätzlich können mehrere Kategorien von Ereignissen gleichzeitig nachgewiesen werden. Die integrierte Umgebung der Clampfit 11 Software vernetzt Ereignisse in den Daten mit dem Arbeitsblatt und den Fenstern mit grafischen Darstellungen und ermöglicht so die schnelle kontextabhängige Auswertung des gesamten Datensets.

Ressourcen zur Elektrophysiologie

Videos und Demonstrationen

Berechnen Sie mit der Axon pCLAMP Software die Zerfallszeitkonstante und führen Sie Kurvenanpassungen durch

Wie Sie mit der Axon pCLAMP Software Kurven kombinieren, die Anstiegs- oder Zerfallszeitkonstante berechnen und Kurvenanpassungen durchführen

Erstellen Sie benutzerdefinierte Befehls-Wellenformen mit der pCLAMP Software

Wie Sie benutzerdefinierte Befehls-Wellenformen mit der pCLAMP Software erstellen können

Verwendung der Befehle zur Ablaufplanung, Benutzerliste und Stimulusdatei mit der pCLAMP Software

Die Verwendung der Befehle zur Ablaufplanung, Benutzerliste und Stimulusdatei mit der pCLAMP Software

Synchronisieren von Elektrophysiologie- und Imaging-Lösungen mit pCLAMP und MetaMorph Software

Synchronisieren von Elektrophysiologie- und Imaging-Lösungen mit Axon pCLAMP und MetaMorph Software

Membrantest zwischen Sweeps mit der Clampex Datenanalyse und Analyse synaptischer Ereignisse mit der Clampfit Datenanalyse

Online Statistiken, Membrantest zwischen Sweeps mit der Clampex Datenanalyse und Analyse synaptischer Ereignisse mit der Clampfit™ Datenanalyse

Anwendung des Axoporators für die Elektroporation von Einzelzellen zur Transfektion und Farbstoff-Markierung

Anwendung des Axoporator 800A für die Elektroporation von Einzelzellen zur Transfektion und Farbstoffmarkierung

Anwendung des Axoclamp 900A in der Zwei-Elektroden-Voltage-Clamp-Technik für Ionenkanal-exprimierende Xenopus-Oozyten

Anwendung des Axoclamp 900A in der Zwei-Elektroden-Voltage-Clamp-Technik für Ionenkanal-exprimierende Xenopus-Oozyten

Verwendung von Filtern für die Datengewinnung und Clampfit-Anwendung

Erzeugen von Langzeitpotenzierungs- und Langzeitdepressions-Protokollen und die Verwendung von Filtern für die Datengewinnung und Clampfit-Anwendung

Kompensation des Serienwiderstands

Serienwiderstand kompensiert oder nicht

Nutzung elektrophysiologischer Studien zur Beschleunigung mechanistischer Studien auf dem Gebiet Empfang und Übertragung

Nutzung elektrophysiologischer Studien zur Beschleunigung mechanistischer Studien auf dem Gebiet Empfang und Übertragung

Wahl der Hardware für optogenetische Betrachtungen synchronisierter Lichtmuster

Update und Wahl der Hardware für optogenetische Betrachtungen synchronisierter Lichtmuster

Auswirkungen von Amyloid-Beta-Proteinen auf hSlo1.1, einen BK-Kanal, in einem Xenopus-Oozyten-Modell

Untersuchung der Auswirkungen von Amyloid-Beta-Proteinen auf hSlo1.1, einen BK-Kanal, in einem Xenopus-Oozyten-Modell

Elektronische Nanoporen-Werkzeuge für die Einzelmolekül-Biophysik und Bio-Nanotechnologien

Elektronische Nanoporen-Werkzeuge für die Einzelmolekül-Biophysik und Bio-Nanotechnologien

Axon-Verstärker und pCLAMP Software – Übersicht über die Hauptfunktionen (chinesische Version)

Axon-Verstärker und pCLAMP Software – Übersicht über die Hauptfunktionen (chinesische Version)

Anwendung von Clampfit in basalen Einzelkanal-Analysen

Basale Einzelkanal-Analyse mit Clampfit

Analyse des Aktionspotenzials mit dem Clampfit-Modul

Analyse des Aktionspotenzials mit dem Clampfit-Modul

Eine Vorführung des Protocol Editors im pCLAMP Datenaquisitions-Modul

Eine Vorführung des Protocol Editors im pCLAMP Datenaquisitions-Modul

Eine Vorführung des Protocol Editors in pCLAMP (chinesische Version)

Eine Vorführung des Protocol Editors in pCLAMP (chinesische Version)

Zugehörige Produkte und Service für die Elektrophysiologie

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