Die Patch-Clamp Technik

Bei der Ganzzell "Patch-Clamp"-Ableitung wird die Spitze einer kleinen mit Elektrolyt gefüllten Glaspipette (Öffnungsdurchmesser ca. 1 µm) an die Oberfläche einer Zellmembran geführt (Abbildung 1). Unter idealen Bedingungen ist es möglich einen Widerstand zwischen Pipettenrand und Zellmembran aufzubauen, welcher größer als 10 GOhm (sog. Gigaseal) ist. Durch den "Gigaseal" werden laterale Stromflüsse ins Bad verhindert, was ermöglich, mit einem geeigneten Verstärker kleinste Ströme zu messen, welche über die Zellmembran durch die Elektrodenöffnung fließen. Diese Technik ermöglicht es, Ströme über Zellmembranen in Echtzeit zu messen.
Es gibt verschiedene Konfigurationen der "Patch-Clamp" Technik:
1. Ganzzell (whole-cell) Konfiguration: Bei dieser, Konfiguration wird nach dem "Gigaseal" ein erneuter, kurzzeitiger Unterdruck in der "Patch"-Elektrode erzeugt, welcher dazu führt, dass der Teil der Zellmembran, der unter der Elektrodenöffnung liegt, sich öffnet. Nachdem die Kapazität der Zelle kompensiert wurde, ist es möglich, das elektrische Potential über der Zellmembran zu kontrollieren und die Gesamtsumme aller Ströme zu messen. Aufgrund der Längskonstante (die Distanz, über die das Potential auf 37 % seines Maximalwertes fällt) ist es bei der Ganzzellkonfiguration nur möglich, kleine Zellen mit einer möglichst geringen Anzahl von Ausläufern zu messen. Der Grund liegt darin, dass durch die Längskonstante mit zunehmender Entfernung von der Elektrode das eingestellte Potential abfällt.
2. "outside-out" Konfiguration: Auch bei dieser Konfiguration wird die Zellmembran unter der Elektrode mit einem kurzen Unterdruck geöffnet. Danach wird die Elektrode nach oben gezogen. Die Zellmembran, welche am Glas der Elektrode haftet, reißt von der restlichen Zelle ab. Zunächst bildet das Zellmembranstück innerhalb der Elektrode eine Art Schlauch, dessen offenes Ende sich spontan schließen kann und zwar so, dass die ursprünglich äußere Seite der Zellmembran außen liegt.
3. "inside-out" Konfiguration: Nachdem ein Gigaseal eingestellt wurde, wird die Elektrode von der intakten Zellmembran entfernt, bis ein Stück der Zellmembran aus der Zelle gerissen ist. Hierbei zeigt im Gegensatz zur "outside-out" Konfiguration die innere Seite der Zellmembran nach außen. Die "outside-out" und "inside-out" Konfigurationen werden für Messungen von Einzelkanalströmen verwendet (Hamill et al. 1981).

  Patch-Elektrode auf einem Neuron