Establishing a Whole-Cell Voltage-Clamp Configuration for Electrophysiological Recordings in Brain Slices
JoVE Encyclopedia of Experiments
Neurowetenschap
0 weergaven • 2:42 min • July 8th, 2025
Take a recording pipette with a wire electrode in an electrolyte solution.
Position the pipette above an immobilized brain slice.
Adjust the pipette current to reduce background signals.
Use a microscope to locate the target neuron and move the pipette toward the neuron.
Apply a slight positive pressure and lock it.
The positive pressure disturbs the tissue surface, indicating proximity to the cell.
Bring the pipette closer until a dimple forms on the membrane, signifying correct positioning.
Release the positive pressure.
Observe an increase in resistance as the cell forms a seal with the pipette.
Hold the membrane potential at a constant negative voltage for stability.
Pull the micropipette away to remove excess pressure.
Adjust the pipette's fast and slow electrical responses for accuracy.
Apply brief suction to break through the cell, establishing a direct electrical connection.
The whole-cell voltage clamp configuration is now ready for electrophysiology recording.
To obtain whole-cell configuration, place the recording pipette just above the slice, and offset pipette current in the Voltage Clamp mode. Apply slight positive pressure to the pipette and lock the stopcock.
Next, select a healthy cell with an intact membrane and approach the tissue with the pipette. The positive pressure should cause a slight disturbance on the tissue. Slowly bring the pipette closer to the cell in a diagonal motion until a small dimple is formed on the cell surface. Then, release the positive pressure lock. The cell will begin to form a seal and the resistance will increase above one gigaohm. In voltage clamp, hold the cell at -68 millivolts.
Subsequently, slightly pull the pipette away from the cell diagonally to remove excess pressure. Compensate for the fast and slow pipette capacitance. Apply a brief suction through the tube connected to the pipette holder to break through the cell and obtain a whole-cell configuration.
Overzicht
Dit artikel beschrijft in detail het proces voor het verkrijgen van een whole-cell configuratie voor elektrofysiologische registraties vanuit hersensecties. Er wordt ingegaan op de stappen die nodig zijn om een nauwkeurige positionering en afdichting van de registratiepipet met het doelneuron te waarborgen.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk vakgebied
- Elektrofysiologie
- Neurowetenschappen
- Cellulaire biologie
Achtergrond
- Whole-cell voltage clamp is een techniek die wordt gebruikt om ionenstromen in neuronen te bestuderen.
- Nauwkeurige positionering van de pipet is essentieel voor succesvolle registraties.
- Het handhaven van een stabiele membraanpotentiaal is noodzakelijk voor betrouwbare gegevens.
- Inzicht in de dynamiek van het celmembraan helpt bij het interpreteren van elektrofysiologische gegevens.
Doel van de studie
- Om de methodologie voor het bereiken van de whole-cell configuratie te demonstreren.
- Om inzicht te verschaffen in de technische aspecten van elektrofysiologische registraties.
- Om het begrip van het gedrag van neuronen als reactie op elektrische stimuli te verbeteren.
Gebruikte methoden
- Gebruik van een registratiepipet met een draadelektrode.
- Aanpassing van de pipetstroom om achtergrondruis te minimaliseren.
- Microscopische visualisatie voor nauwkeurige targeting van neuronen.
- Toepassing van positieve druk om de interactie met het celmembraan te vergemakkelijken.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle vorming van een afsluiting (seal) tussen de pipet en het neuronale membraan.
- Verhoogde weerstand die wijst op een stabiele whole-cell configuratie.
- Vermogen om het membraanpotentiaal op een constant voltage te houden.
- Vestiging van een directe elektrische verbinding voor dataregistratie.
Conclusies
- De beschreven methode is effectief voor het verkrijgen van whole-cell registraties.
- Een correcte techniek waarborgt elektrofysiologische gegevens van hoge kwaliteit.
- Inzicht in het proces kan de experimentele resultaten in neurowetenschappelijk onderzoek verbeteren.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Leidinggevenden
Het vaststellen van een whole-cell voltage-clamp configuratie maakt nauwkeurige meting van neuronale ionenstromen mogelijk, wat target-validatie bij de ontwikkeling van neurologische geneesmiddelen ondersteunt. Deze techniek levert kwantitatieve elektrofysiologische gegevens die mechanistische hypothesen ontrisken door functionele target-interactie te bevestigen in ziekte-relevante hersenplakmodellen. Het verhoogt het voorspellend vertrouwen in de vroege ontdekkingsfase door moleculaire interventies te koppelen aan fysiologische output.
Strategische toepassingen in biofarmaceutisch R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt de toetsing van therapeutische hypothesen mogelijk door directe meting van de ionkanaalactiviteit in natuurlijke neuronale omgevingen.
- Operationele waarde: Ondersteunt biologische risicoreductie door functionele targets te valideren voorafgaand aan het screenen van verbindingen.
- Voorspellende waarde: Genereert kwantitatieve gegevens voor portfoliotriage op basis van elektrofysiologische responsprofielen.
Screening & Assayontwikkeling
- Klaarheid van de assay: Bereidt gevalideerde neuronale systemen voor op reproduceerbare evaluatie van verbindingen in voltage-clamp-modus.
- Kwantitatieve output: Levert nauwkeurige stroommetingen die dosis-respons- en kinetische analyses mogelijk maken.
- Hergebruik van het platform: Vestigt een gestandaardiseerde elektrofysiologische workflow die schaalbaar is over verschillende doelwitklassen.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Relevantie voor ziektebeelden: Maakt gebruik van hersensnijden om de natuurlijke circuits en de pathofysiologische context te behouden.
- Translationele continuïteit: Slaat een brug tussen ontdekkingsresultaten en preklinische validatie via consistente elektrofysiologische read-outs.
- Risico-gecorrigeerde beslissingen: Informeert voortgangscriteria op basis van de effectiviteit van targetmodulatie en veiligheidsmarges.
Integratie van Pipeline & Workflow
Deze methode is geïntegreerd in het ontdekkingscontinuüm, van targetvalidatie tot lead-optimalisatie, en biedt elektrofysiologische bevestiging van het werkingsmechanisme.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetesten door veranderingen in neuronale exciteerbaarheid en synaptische transmissie te meten.
- Screening: Maakt assay-standaardisatie mogelijk met de vorming van gigaohm-seals als kwaliteitscontrolemetric.
- Analytics: Levert voltage-clamp opnames die ionenstroomamplitudes en kinetiek kwantificeren.
- Translationeel onderzoek: Handhaaft continuïteit via ziekterelateerde hersensnijmodellen die de menselijke pathofysiologie weerspiegelen.
- Enterprise-hergebruik: Fungeert als een herbruikbaar elektrofysiologisch platform voor meerdere ionkanaal- en receptordoelen.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Biedt voorspellende zekerheid door directe functionele validatie van neuronale targets.
- Operationele waarde: Garandeert reproduceerbaarheid via gestandaardiseerde procedures voor afdichting en capaciteitscompensatie.
- Strategische waarde: Verbetert go/no-go-beslissingen door mechanistische ambiguïteit in vroege stadia van programma's te verminderen.
- Impact op portfolio: Maakt risicogecorrigeerde prioritering mogelijk op basis van elektrofysiologische effectiviteits- en selectiviteitsprofielen.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in elektrofysiologie, microscopie en neuronale preparatie.
- Is afhankelijk van stabiele trillingsisolatie, perfusiesystemen en laagruisversterkers.
- Vereist standaardisatie tussen teams van drempelwaarden voor seal-resistentie en holding-potentialen.
- Omvat aanpassingen voor verschillende hersengebieden, celtypen en ziektemodellen.
- Bevat praktische beperkingen zoals de stabiliteit van de seal over tijd en gevoeligheid voor mechanische drift.
Veelgestelde vragen over Biopharma
Hele-cel patch-klem opnames van geïsoleerde primaire epitheliale cellen uit de epididymis
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Segment Patch-Clamp techniek voor het analyseren van leren-Induced Plasticity
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Eencellige Multiplex omgekeerde transcriptie Polymerase-kettingreactie na Patch-clamp
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Establishing a Whole-Cell Configuration through the Patch Clamp Method
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Patch-Clamp Recordings from the Dendrite of a Dopaminergic Neuron in a Brain Slice
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Establishing a Whole-Cell Configuration for Two-Photon Calcium Imaging of Brain Slices
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Whole-Cell Patch Clamp Recording in a Substantia Gelatinosa Neuron of a Spinal Cord Slice
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Elektrofysiologische en morfologische analyse van neuronale Microschake in Acute Brain Slices Met behulp Paired Patch-Clamp Recordings
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Voorbereiding van Acute hersenen segmenten met behulp van een geoptimaliseerde N-Methyl-D-glucamine beschermende herstelmethode
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Whole-cell patch-clamp opnamen in Brain Slices
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Laatst bijgewerkt: 29 augustus 2026