Teknik Patch-clamp adalah nama yang diberikan kepada teknik pengukuran elektrofisiologi. Ia membolehkan arus ion diukur melalui saluran individu dalam membran plasma.
Apakah teknik patch-clamp?
Teknik patch clamp atau kaedah patch clamp tergolong dalam elektrofisiologi, yang merupakan cabang neurofisiologi yang berurusan dengan penghantaran elektrokimia isyarat di sistem saraf. Dengan bantuan kaedah ini, adalah mungkin untuk memvisualisasikan saluran ion individu di membran sel sel badan. Ini melibatkan pengukuran arus beberapa picoamperes. Teknik patch-clamp pertama kali dijelaskan pada tahun 1976 oleh ahli biofisik Jerman Erwin Neher dan doktor Jerman Bert Sakmann. Kedua saintis dianugerahkan Hadiah Nobel dalam Fisiologi atau Perubatan pada tahun 1991 untuk pengembangan teknik penjepit. Oleh itu, penyelidikan elektrofisiologi hampir direvolusikan oleh teknik patch-clamp kerana membuka kemungkinan memerhatikan tingkah laku elektrik pada membran protein individu molekul. Istilah patch berasal dari bahasa Inggeris dan bermaksud "patch". Ini merujuk pada bahagian membran kecil di bawah pipet tambalan, yang digunakan sebagai elektrod pengukur. Semasa proses pengukuran, patch membran terpaku atau dijepit (untuk mengepit) ke potensi yang ditentukan.
Fungsi, kesan dan objektif
Teknik patch-clamp adalah kaedah analisis elektrofisiologi. Ini berdasarkan fakta biologi bahawa sel mempunyai sebilangan besar liang dan saluran ion. Kepekatan ion atau cas yang berlainan berlaku di dalam dan di luar setiap sel, yang bergantung kepada keadaan fisiologi sel. Lapisan lipid membran tidak boleh telap air molekul dan juga ion. Walaupun begitu, pertukaran zarah bermuatan berlaku di seberang membran sel pada selang waktu yang tidak teratur. Sebabnya ialah pergantungan voltan saluran ion. Sekiranya potensi membran tertentu tercapai, saluran dibuka mengikut prinsip "semua atau tidak". Di sinilah teknik patch clamp masuk. Dengan cara ini, pipet pengukur dilanjutkan ke saluran ion tanpa menembusi membran sel. Dengan cara ini, potensi elektrik tempatan dapat ditentukan dengan tepat. Arus kebocoran, yang dapat mempengaruhi hasil pengukuran, biasanya dapat dielakkan dengan sambungan elektrik yang sangat ketat antara tepi pipet dan membran sel. Kaedah patch clamp berdasarkan teknik penjepit voltan. Teknik ini dikembangkan pada tahun 1930-an oleh ahli biofizik Amerika Kenneth Stewart Cole (1900-1984) untuk mengukur arus pada sel-sel saraf yang utuh. Dalam pengapit voltan, penyisipan dua elektrod ke dalam sel berlaku untuk memberikan perintah atau menahan voltan. Pada masa yang sama, elektrod lain digunakan untuk merakam arus yang berlaku di seluruh membran. Sekiranya pakar neurofisiologi ingin mengetahui mengenai aliran arus elektrik melalui kawasan tertentu a sel saraf membran, mereka menggunakan teknik patch clamp. Untuk melakukan ini, mereka menggunakan pipet kaca halus yang diletakkan di bahagian luar sel. Tekanan negatif dapat dibuat dengan menyedutnya dengan bantuan picagari hipodermik. Prosedur ini menyebabkan membran melambung sedikit di lokasi yang sesuai. Tekanan negatif memastikan kaca terpasang pada membran. Ini mengakibatkan pengasingan elektrik dari tempat membran kecil di dalam pipet dari selebihnya. Untuk mengukur arus elektrik, pakar neurofisiologi menggunakan penguat patch clamp. Ini adalah alat pengukur khas. Dalam kes yang sesuai, saintis boleh menggunakan alat untuk mendapatkan maklumat mengenai sifat elektrik saluran ion individu. Saluran ion mengatur, misalnya, aliran masuk dan aliran keluar natrium ion, yang bermuatan positif, dalam sel saraf. Penyelidikan dilakukan pada sel-sel manusia, tumbuh-tumbuhan atau haiwan. Kaedah patch-clamp biasanya dilakukan di stesen pengukur yang merangkumi pelbagai peranti. Di atas meja pengukur yang dilembapkan getaran terdapat sangkar Faraday yang disebut, yang berfungsi sebagai perisai elektrik. Selanjutnya, mikroskop optik termasuk micromanipulator tersedia untuk membawa pipet patch ke kedudukannya. Di samping itu, pemegang pipet mempunyai sambungan ke preamplifier, sementara pemegang sampel disambungkan ke elektrod mandi. Penguat patch clamp berfungsi untuk menguatkan isyarat preamplifier. Monitor juga disediakan untuk memerhatikan DUT dan juga pipet patch. Dalam kebanyakan kes, komputer dan beberapa alat penyimpanan data juga tersedia di meja pengukur untuk membolehkan rakaman digital.
Risiko, kesan sampingan, dan bahaya
Tidak ada risiko yang berkaitan dengan teknik patch-clamp. Contohnya, sel-sel dari manusia, binatang, atau tumbuhan tidak diperiksa sampai setelah dikeluarkan. Akses yang tidak terhad ke membran sel luar jarang ada. Atas sebab ini, selalunya perlu untuk menyediakan sel untuk kaedah patch-clamp. Setelah mengisi pipet tambalan, ia dijepit dalam micromanipulator. Ini disambungkan ke penguat patch clamp dan ditekan perlahan ke sel yang utuh. Prosesnya dapat diikuti dengan monitor atau mikroskop. Di bawah pipet terdapat sekeping membran yang disebut membran tampalan. Tekanan negatif sedikit yang dibuat di hujung belakang pipet memberikan hubungan kuat antara pipet dan membran. Proses ini menghasilkan penciptaan rintangan elektrik antara larutan luaran dan bahagian dalam pipet beberapa gigaohms. Para saintis juga menyebutnya sebagai "gigaseal," yang memungkinkan konfigurasi terpasang sel dari kaedah patch-clamp dapat dicapai. Arus yang mengalir melalui saluran ion di tambalan juga mengalir melalui isi pipet kerana rintangan gigaseal yang tinggi. Elektrod yang disambungkan ke penguat direndam dalam larutan pipet, yang membolehkan aktiviti saluran ion individu dalam membran tambalan diukur.
