パッチクランプ法は、電気生理学的測定技術に付けられた名前です。 これにより、原形質膜内の個々のチャネルを介してイオン電流を測定できます。
パッチクランプ法とは何ですか？
パッチクランプ法またはパッチクランプ法は、電気生理学に属します。電気生理学は、信号の電気化学的伝達を扱う神経生理学の一分野です。 神経系。 この方法を使用すると、個々のイオンチャネルを視覚化することができます。 細胞膜 体細胞の。 これには、数ピコアンペアの電流の測定が含まれます。 パッチクランプ法は、1976年にドイツの生物物理学者ErwinNeherとドイツの医師BertSakmannによって最初に説明されました。 1991人の科学者は、クランプパッチ法の開発により、XNUMX年にノーベル生理学・医学賞を受賞しました。 このように、電気生理学的研究は、膜での電気的挙動を観察する可能性を開いたため、パッチクランプ法によって事実上革命を起こしました。 タンパク質 個人の 。 パッチという用語は英語に由来し、「パッチ」を意味します。 これは、測定電極として使用されるパッチピペットの下の小さな膜セクションを指します。 測定プロセス中、メンブレンパッチは指定された電位に固定またはクランプされます（クランプするため）。
機能・効果・目的
パッチクランプ法は、電気生理学的分析法です。 これは、細胞が多数の細孔とイオンチャネルを持っているという生物学的事実に基づいています。 細胞の生理学的状態に応じて、各細胞の内側と外側で異なるイオン濃度または電荷が発生します。 膜の脂質二重層は透過性ではありません 水 だけでなく、イオン。 それにもかかわらず、荷電粒子の交換は、 細胞膜 不規則な間隔で。 この理由は、イオンチャネルの電圧依存性です。 特定の膜電位に達すると、「オールオアナッシング」の原理に従ってチャネルが開かれます。 これがまさにパッチクランプ法の出番です。このようにして、測定ピペットは、イオンチャネルに浸透することなく前進します。 細胞膜。 このようにして、局所電位を正確に決定することができます。 測定結果に影響を与える可能性のある漏れ電流は、通常、ピペットエッジと細胞膜の間の電気的に非常に緊密な接続によって回避できます。 パッチクランプ法は、電圧クランプ法に基づいています。 この手法は、1930年代にアメリカの生物物理学者、ケネス・スチュワート・コール（1900-1984）によって開発され、無傷の神経細胞の電流を測定しました。 電圧クランプでは、セルへのXNUMXつの電極の挿入が行われ、コマンドまたは保持電圧が提供されます。 同時に、別の電極を使用して、膜を横切って発生する電流を記録します。 神経生理学者が特定の領域を流れる電流について知りたい場合 神経細胞 膜、彼らはパッチクランプ法を使用しています。 これを行うために、彼らはセルの外側に配置された細かいガラスピペットを使用します。 陰圧は、皮下注射器の助けを借りてそれを吸引することによって作成することができます。 この手順により、対応する位置でメンブレンがわずかに膨らみます。 負圧により、ガラスがメンブレンに確実に付着します。 これにより、ピペット内の小さなメンブレンスポットが残りのメンブレンから電気的に分離されます。 電流を測定するために、神経生理学者はパッチクランプ増幅器を使用します。 これは特別な測定装置です。 理想的なケースでは、科学者はデバイスを使用して、個々のイオンチャネルの電気的特性に関する情報を取得できます。 イオンチャネルは、例えば、の流入と流出を調節します ナトリウム 正に帯電しているイオンは、神経細胞内にあります。 調査は、人間、植物、または動物の細胞で行われます。 パッチクランプ法は通常、さまざまなデバイスを含む測定ステーションで実行されます。 振動減衰測定テーブルには、電気シールドとして機能する、いわゆるファラデーケージがあります。 さらに、マイクロマニピュレーターを含む光学顕微鏡を使用して、パッチピペットを所定の位置に配置できます。さらに、ピペットホルダーはプリアンプに接続され、サンプルホルダーはバス電極に接続されます。 パッチクランプアンプは、プリアンプ信号を増幅するように機能します。 DUTとパッチピペットを観察するためのモニターも用意されています。 ほとんどの場合、デジタル記録を可能にするために、コンピューターといくつかのデータストレージデバイスも測定テーブルで利用できます。
リスク、副作用、および危険
パッチクランプ法に関連するリスクはありません。 たとえば、人間、動物、または植物の細胞は、除去されるまで検査されません。 外側の細胞膜への無制限のアクセスはめったに存在しません。 このため、パッチクランプ法のためにセルを準備する必要があることがよくあります。 パッチピペットを充填した後、マイクロマニピュレーターでクランプします。 これはパッチクランプアンプに接続され、無傷のセルに静かに押し付けられます。 このプロセスは、モニターまたは顕微鏡で追跡できます。 ピペットの下には、メンブレンパッチと呼ばれるメンブレンがあります。 ピペットの後端で発生するわずかな負圧は、ピペットとメンブレンの間に強い接続を提供します。 このプロセスにより、外部ソリューションとピペット内部の間に数ギガオームの電気抵抗が発生します。 科学者はこれを「ギガシール」とも呼びます。これにより、パッチクランプ法の細胞付着構成を実現できます。 パッチ内のイオンチャネルを流れる電流は、ギガシール抵抗が高いため、ピペットの内容物も流れます。 増幅器に接続された電極がピペットの溶液に浸され、パッチ膜内の個々のイオンチャネルの活性を測定できるようになります。
