เทคนิคแพทช์แคลมป์เป็นชื่อที่กำหนดให้กับเทคนิคการวัดด้วยไฟฟ้า ช่วยให้สามารถวัดกระแสไอออนิกผ่านแต่ละช่องภายในพลาสมาเมมเบรน
เทคนิคแพทช์แคลมป์คืออะไร?
เทคนิคการยึดแพทช์หรือวิธีการยึดแพทช์เป็นของ electrophysiology ซึ่งเป็นสาขาหนึ่งของ neurophysiology ที่เกี่ยวข้องกับการส่งสัญญาณไฟฟ้าเคมีใน ระบบประสาท. ด้วยความช่วยเหลือของวิธีนี้ทำให้สามารถมองเห็นช่องไอออนแต่ละช่องในไฟล์ เยื่อหุ้มเซลล์ ของเซลล์ร่างกาย สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการวัดกระแสของปิโกแอมเพอร์สองสามตัว เทคนิคการจับยึดได้รับการอธิบายครั้งแรกในปีพ. ศ. 1976 โดย Erwin Neher นักชีวฟิสิกส์ชาวเยอรมันและ Bert Sakmann แพทย์ชาวเยอรมัน นักวิทยาศาสตร์สองคนได้รับรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ในปี 1991 สำหรับการพัฒนาเทคนิคแคลมป์แพทช์ ดังนั้นการวิจัยทางไฟฟ้าฟิสิกส์จึงได้รับการปฏิวัติโดยเทคนิคแพทช์แคลมป์เนื่องจากเปิดโอกาสในการสังเกตพฤติกรรมทางไฟฟ้าที่เมมเบรน โปรตีน ของแต่ละบุคคล โมเลกุล. คำว่า patch มาจากภาษาอังกฤษและแปลว่า "patch" หมายถึงส่วนเมมเบรนขนาดเล็กใต้ปิเปตปะซึ่งใช้เป็นอิเล็กโทรดวัด ในระหว่างขั้นตอนการวัดแผ่นปะเมมเบรนจะถูกยึดหรือยึด (เพื่อยึด) ตามศักยภาพที่ระบุ
ฟังก์ชันผลและวัตถุประสงค์
เทคนิคแพทช์แคลมป์เป็นวิธีการวิเคราะห์ด้วยไฟฟ้า มันขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงทางชีววิทยาที่ว่าเซลล์มีรูขุมขนและช่องไอออนจำนวนมาก ความเข้มข้นของไอออนหรือประจุที่แตกต่างกันเกิดขึ้นภายในและภายนอกของแต่ละเซลล์ซึ่งขึ้นอยู่กับสถานะทางสรีรวิทยาของเซลล์ lipid bilayer ของเมมเบรนไม่สามารถซึมผ่านได้ น้ำ โมเลกุล เช่นเดียวกับไอออน อย่างไรก็ตามการแลกเปลี่ยนอนุภาคที่มีประจุจะเกิดขึ้นทั่วทั้ง เยื่อหุ้มเซลล์ ในช่วงเวลาที่ไม่สม่ำเสมอ เหตุผลนี้คือการพึ่งพาแรงดันไฟฟ้าของช่องไอออน หากถึงศักยภาพของเมมเบรนช่องจะเปิดตามหลักการของ "ทั้งหมดหรือไม่มีเลย" นี่คือจุดที่เทคนิคการจับยึดแพทช์เข้ามาด้วยวิธีนี้ปิเปตวัดจะก้าวไปสู่ช่องไอออนโดยไม่ต้องเจาะช่อง เยื่อหุ้มเซลล์. ด้วยวิธีนี้สามารถกำหนดศักย์ไฟฟ้าในพื้นที่ได้อย่างแม่นยำ กระแสไฟฟ้ารั่วซึ่งอาจส่งผลต่อผลลัพธ์ของการวัดสามารถหลีกเลี่ยงได้โดยการเชื่อมต่อที่แน่นหนาทางไฟฟ้าระหว่างขอบปิเปตและเยื่อหุ้มเซลล์ วิธีการยึดแพทช์ขึ้นอยู่กับเทคนิคแคลมป์แรงดันไฟฟ้า เทคนิคนี้ได้รับการพัฒนาในช่วงทศวรรษที่ 1930 โดย Kenneth Stewart Cole นักชีวฟิสิกส์ชาวอเมริกัน (1900-1984) เพื่อวัดกระแสบนเซลล์ประสาทที่ยังคงสภาพสมบูรณ์ ในแคลมป์แรงดันไฟฟ้าจะมีการแทรกอิเล็กโทรดสองตัวเข้าในเซลล์เพื่อให้คำสั่งหรือการยึดแรงดันไฟฟ้า ในขณะเดียวกันก็ใช้อิเล็กโทรดอีกอันหนึ่งเพื่อบันทึกกระแสที่เกิดขึ้นทั่วเมมเบรน หากนักประสาทวิทยาต้องการทราบเกี่ยวกับการไหลของกระแสไฟฟ้าผ่านพื้นที่เฉพาะของก เซลล์ประสาท เมมเบรนใช้เทคนิคการยึดแพทช์ ในการทำเช่นนี้พวกเขาใช้ปิเปตแก้วชั้นดีที่วางอยู่ด้านนอกของเซลล์ ความดันเชิงลบสามารถสร้างขึ้นได้โดยการดูดด้วยความช่วยเหลือของเข็มฉีดยาใต้ผิวหนัง ขั้นตอนนี้ทำให้เมมเบรนนูนเล็กน้อยในตำแหน่งที่ตรงกัน แรงดันลบช่วยให้มั่นใจได้ว่ากระจกติดกับเมมเบรน ส่งผลให้เกิดการแยกจุดเมมเบรนขนาดเล็กในปิเปตออกจากส่วนที่เหลือของเมมเบรนด้วยไฟฟ้า ในการวัดกระแสไฟฟ้านักประสาทวิทยาใช้แอมพลิฟายเออร์แคลมป์แพทช์ นี่คืออุปกรณ์วัดพิเศษ ในกรณีที่ดีที่สุดนักวิทยาศาสตร์สามารถใช้อุปกรณ์เพื่อรับข้อมูลเกี่ยวกับคุณสมบัติทางไฟฟ้าของแต่ละช่องไอออน ช่องไอออนควบคุมตัวอย่างเช่นการไหลเข้าและการไหลออกของ โซเดียม ไอออนซึ่งมีประจุบวกในเซลล์ประสาท การตรวจสอบจะเกิดขึ้นกับเซลล์ของมนุษย์พืชหรือสัตว์ โดยปกติวิธีการจับยึดจะดำเนินการที่สถานีตรวจวัดที่มีอุปกรณ์ต่างๆ บนโต๊ะวัดการสั่นสะเทือนมีสิ่งที่เรียกว่ากรงฟาราเดย์ซึ่งทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันไฟฟ้า นอกจากนี้ยังมีกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลรวมถึงไมโครมิเตอร์เพื่อนำปิเปตแพตช์เข้าสู่ตำแหน่งนอกจากนี้ที่ยึดปิเปตยังมีการเชื่อมต่อกับพรีแอมพลิไฟเออร์ในขณะที่ตัวยึดตัวอย่างเชื่อมต่อกับอิเล็กโทรดสำหรับอาบน้ำ แพทช์แคลมป์แอมพลิฟายเออร์ทำหน้าที่ขยายสัญญาณปรีแอมพลิฟายเออร์ นอกจากนี้ยังมีจอภาพเพื่อสังเกต DUT เช่นเดียวกับปิเปตแพทช์ ในกรณีส่วนใหญ่จะมีคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลหลายตัวที่โต๊ะวัดเพื่อเปิดใช้งานการบันทึกแบบดิจิทัล
ความเสี่ยงผลข้างเคียงและอันตราย
ไม่มีความเสี่ยงใด ๆ ที่เกี่ยวข้องกับเทคนิคแพทช์แคลมป์ ตัวอย่างเช่นเซลล์จากมนุษย์สัตว์หรือพืชจะไม่ได้รับการตรวจสอบจนกว่าจะถูกกำจัดออกไป การเข้าถึงเยื่อหุ้มเซลล์ด้านนอกอย่างไม่ จำกัด แทบจะไม่เกิดขึ้น ด้วยเหตุนี้จึงมักจำเป็นต้องเตรียมเซลล์สำหรับวิธีการจับยึด หลังจากเติมปิเปตแพทช์แล้วจะถูกยึดไว้ในไมโครโมนิพิเลเตอร์ สิ่งนี้เชื่อมต่อกับแอมพลิฟายเออร์แคลมป์แพทช์และค่อยๆกดลงบนเซลล์ที่ยังไม่บุบสลาย สามารถติดตามกระบวนการนี้ได้ด้วยจอภาพหรือกล้องจุลทรรศน์ ใต้ปิเปตมีชิ้นส่วนของเมมเบรนที่เรียกว่าแผ่นปิดเมมเบรน แรงดันลบเล็กน้อยที่สร้างขึ้นที่ปลายด้านหลังของปิเปตทำให้เกิดการเชื่อมต่อที่แน่นหนาระหว่างปิเปตและเมมเบรน กระบวนการนี้ส่งผลให้เกิดความต้านทานไฟฟ้าระหว่างสารละลายภายนอกและภายในปิเปตหลายกิกะโอห์ม นักวิทยาศาสตร์ยังเรียกสิ่งนี้ว่า "gigaseal" ซึ่งช่วยให้สามารถกำหนดรูปแบบการยึดติดกับเซลล์ของวิธีการจับยึดได้ กระแสที่ไหลผ่านช่องไอออนในแพทช์ยังไหลผ่านเนื้อหาของปิเปตเนื่องจากความต้านทานต่อกิกะซีซัลสูง อิเล็กโทรดที่เชื่อมต่อกับแอมพลิฟายเออร์ถูกจุ่มอยู่ในสารละลายของปิเปตทำให้สามารถตรวจวัดกิจกรรมของช่องไอออนแต่ละช่องภายในเมมเบรนแพทช์ได้
