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Électrophysiologie

Accueil du fameux guide Axon :

Un guide de l'électrophysiologie et des techniques de biophysique en laboratoire

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Qu’est-ce que l’électrophysiologie ?

L’électrophysiologie est le domaine de la recherche étudiant les variations de courant ou de tension dans une membrane cellulaire.

Les techniques d’électrophysiologie sont largement utilisées dans diverses applications des neurosciences et de physiologie ; de la compréhension du comportement des canaux ioniques uniques dans une membrane cellulaire, aux variations dans la cellule entière du potentiel membranaire d’une cellule, en passant par les variations à plus grande échelle du potentiel de champ dans les coupes d'encéphale in vitro ou les régions cérébrales in vivo.

La méthode patch-clamp, l’une des techniques d’électrophysiologie les plus largement utilisées, constitue le meilleur outil pour étudier l’activité des canaux ioniques, qui sont les principales cibles des chercheurs en raison du rôle clé qu’ils jouent dans de nombreuses maladies neurologiques et cardiovasculaires, ainsi qu’en raison de leurs fonctions physiologiques.

La technique d’enregistrement du potentiel de champ extracellulaire peut être utilisée pour étudier l’activité synaptique d’une population de neurones, et elle peut aider à comprendre comment les informations sont traitées dans le cerveau.

 

Laboratoire d’électrophysiologie

Le paramétrage de chaque laboratoire d’électrophysiologie est différent, car il reflète les exigences de l’expérience ou les préférences du chercheur. Ici, nous décrivons les composants et les considérations communs à tous les paramétrages destinés à mesurer l’activité électrique dans les cellules. Un paramétrage d’électrophysiologie a quatre principales exigences de laboratoire :

  1. Environnement : moyens mis en œuvre pour que la préparation reste intacte ;

  2. Optique : moyen de visualisation de la préparation ;

  3. Mécanique : moyen de positionnement stable de la microélectrode ; et

  4. Électronique : moyen d’amplification et d’enregistrement du signal.

 

L’illustration ci-dessous montre un paramétrage de plateforme d’électrophysiologie standard : une table et une cage pour protéger le paramétrage des interférences externes ; un microscope avec micromanipulateur pour le positionnement stable de la microélectrode ; un amplificateur pour recueillir et amplifier les signaux acquis ; un numériseur pour convertir les signaux analogiques en signaux numériques, et un logiciel d’acquisition et d’analyse des données, pour paramétrer les protocoles expérimentaux et extraire des résultats exploitables et concrets des données recueillies.

 

Plateforme patch-clamp

Solution d’électrophysiologie : équipements Axon

La gamme d’instruments Axon™ offre une solution complète pour le patch-clamp, incluant amplificateurs, numériseurs, logiciels et accessoires. Nos instruments de pointe facilitent toutes les techniques d’électrophysiologie patch-clamp, allant des plus petits enregistrements de canaux uniques aux plus grands enregistrements macroscopiques.

La suite logicielle Axon pCLAMP™ 11 est le programme d’acquisition et d’analyse des données d’électrophysiologie le plus largement utilisé pour contrôler et enregistrer les expérimentations voltage-clamp, current-clamp et patch-clamp. Plusieurs caractéristiques clés indiquées ci-dessous permettent de faciliter le flux de travail, ce qui vous permet de réaliser des expérimentations plus sophistiquées, de les exécuter plus rapidement et de générer des données de meilleure qualité.

 

Qu’est-ce qu’un amplificateur patch-clamp ? Un instrument qui contient les circuits nécessaires pour mesurer les courants électriques passant par les canaux ioniques ou encore les changements dans le potentiel membranaire des cellules.

Pourquoi l'utiliser ? Pour mesurer les changements de courant ou de tension. L'amplificateur contient les circuits nécessaires pour mesurer aussi bien la magnitude que la direction du courant passant par la membrane cellulaire.

L'amplificateur peut également mesurer le potentiel membranaire des cellules en réponse au mouvement du courant. Pour lancer le mouvement du courant, l'expérimentateur peut initier une commande de tension à la cellule, et la cellule répondra en faisant passer le courant nécessaire pour maintenir cette commande de tension. À l'inverse, l'expérimentateur peut également injecter du courant, puis mesurer le potentiel membranaire résultant de ce changement dans le courant. Le choix de l'endroit où amplifier et filtrer le signal d'intérêt a des implications sur la fidélité du signal. L'endroit idéal pour amplifier le signal est à l'intérieur de l'instrument d'enregistrement. Tous les modèles d'amplificateurs Axon™ utilisent cette stratégie avec un contrôle du gain variable au niveau de la sortie afin de fournir une amplification à faible bruit du courant de la pipette ou du potentiel membranaire. Effectuer l'amplification à l'intérieur de l'instrument d'enregistrement réduit la quantité de circuits existants entre le signal de faible niveau et les circuits d'amplification, réduisant les sources de bruit externes.

Amplificateurs disponibles : Axopatch™ 200B, MultiClamp™ 700B, Axoclamp™ 900A

Qu'est-ce que c'est ? Le numériseur est un instrument d'acquisition de données qui convertit les signaux analogiques en signaux numériques.

Pourquoi l'utiliser ? Les numériseurs capturent les données à analyser.

Le courant recueilli par l'amplificateur est un signal analogique, mais afin d'effectuer l'analyse des données nécessaire pour les mesures patch-clamp haute résolution, le signal analogique doit être converti en signal numérique. Positionné entre l'amplificateur et l'ordinateur, le numériseur accomplit cette tâche importante. La qualité de signal reçu par l'ordinateur est extrêmement importante. Elle est déterminée par la fréquence d’échantillonnage, ou taux d’échantillonnage. La dernière génération de numériseurs Digidata® à la capacité d'échantillonner à 500 kHz. Elle est équipée de la fonctionnalité HumSilencer™ qui peut éliminer le bruit de fréquence de ligne à 50/60 Hz.

Amplificateurs disponibles : Digidata 1550B Low NoiseData Acquisition System plus HumSilencer

Qu'est-ce que c'est ? Le logiciel d’acquisition et d’analyse de données patch-clamp est votre interface avec l'amplificateur, le numériseur et tout autre appareil électronique patch-clamp.

Pourquoi l'utiliser ? Pour réaliser une acquisition et une analyse des données, ainsi que pour contrôler le numériseur et l'amplificateur.

Tandis que l'amplificateur et le numériseur maintiennent ensemble les circuits clés qui prennent en charge l'expérience patch-clamp, le logiciel contrôle ces instruments afin qu'ils fournissent le(s) potentiel(s) souhaité(s) et qu'ils mesurent le courant ou la tension qui en résultent. En outre, le logiciel analyse le signal acquis avec les paramètres définis par l’utilisateur·trice, comme par exemple le filtrage, la normalisation, la suppression du bruit, l'ajustement de courbe et la détermination de paramètres.

Amplificateurs disponibles : Logiciel 11 pCLAMP™

Qu'est-ce que c'est ? Un dispositif qui maintient les micropipettes avec des circuits intégrés afin de transmettre les signaux électriques provenant des micropipettes vers l'amplificateur.

Pourquoi l'utiliser ? Le signal électrique acquis par la micropipette doit être transmis aux systèmes d'amplificateur pour permettre le traitement du signal.

Chaque tête est réglée spécialement pour l'amplificateur. Toutes les têtes contiennent des circuits électriques essentiels qui réduisent le bruit. La tête est également contrôlée mécaniquement par le micromanipulateur.

Têtes disponibles : Têtes Axon

Qu'est-ce que c'est ? Le microscope est un outil de grossissement optique. Le micromanipulateur est un appareil qui manœuvre mécaniquement la micropipette avec une précision de l'ordre du nanomètre et qui permet d'effectuer des mouvements tridimensionnels.

Pourquoi l'utiliser ? Pour positionner de façon précise et stable la micropipette dans la zone de la membrane cellulaire, ce qui est essentiel pour réussir un enregistrement.

Pour placer de façon précise une électrode de patch dans une cellule de 10 à 20 μm, il faut un système optique qui peut grossir jusqu'à 300 ou 400 fois avec une amélioration du contraste (p. ex., Nomarski/DIC, Phase ou Hoffman) et un micromanipulateur qui positionne l'électrode de façon stable dans un espace tridimensionnel. Un microscope inversé est préférable car il permet un accès plus facile pour les électrodes depuis le dessus de la préparation et il fournit également une plate-forme plus grande et plus solide pour verrouiller le micromanipulateur. Un micromanipulateur a la capacité de déplacer l'électrode sur de minuscules distances le long des axes X, Y et Z. Le micromanipulateur peut alors maintenir cette position indéfiniment.

Qu'est-ce que c'est ? Une table et une cage autour de votre installation de patch-clamp afin d'isoler les sources d'interférences.

Pourquoi l'utiliser ? Pour protéger votre installation des interférences externes.

Les courants électriques mesurés pendant les expériences patch-clamp peuvent être extrêmement faibles (de l'ordre du pico-ampère), et la moindre source d'interférences, telle que les ondes radio, peut déformer ou dissimuler ces signaux. Une cage de Faraday est un treillis métallique installé autour de votre microscope et de votre chambre d'enregistrement ; elle est utile pour empêcher les électrodes de détecter les interférences extérieures. De plus, de petites sources de vibration dont la magnitude est de l'ordre du picomètre peuvent perturber votre enregistrement. C'est pourquoi tous les composants doivent être parfaitement positionnés tout au long de l'expérience, et les tables à air ou anti-vibration sont utilisées pour isoler votre installation des sources externes de vibration qui pourraient perturber l'alignement.

Webinaire à la demande

Économisez du temps sur l’analyse des données grâce à la nouvelle fonction d’analyse par lot du logiciel Axon pCLAMP 11

Intervenant : Jeffrey Tang, Ph.D.

Chercheur principal en applications d’électrophysiologie chez Global Axon

Inscrivez-vous à notre webinaire à la demande et découvrez comment utiliser le module logiciel Clampfit pour manipuler et analyser les données électrophysiologiques acquises par le logiciel Axon pCLAMP™ 11. Les macros avancées d’analyse par lots du logiciel, éliminent les besoins de définir des paramètres pour chaque ensemble de données, ce qui simplifie l’analyse des données. Le Dr Jeffrey Tang présentera les nouvelles caractéristiques de l’analyse par lot, fera la démonstration de l’utilisation des macros, analysera des données par lot et tracera des graphiques.

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  • Le Guide Axon

    Le Guide Axon

    Guide des techniques d'électrophysiologie et de biophysique en laboratoire. L’objectif de ce guide est de fournir des sources d'information et de données aux électrophysiologistes. Il couvre de nombreux sujets allant des bases biologiques de la bio-électricité et d’une description du paramétrage expérimental de base à un débat sur les mécanismes d'analyse du bruit et des données.

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    Détection automatisée des événements

    Détection automatisée des événements Clampfit

    Le module d’analyse avancé Clampfit, qui fait partie du logiciel pCLAMP 11, est doté d’un moteur de détection d'événements flexible qui analyse les données post-synaptiques et les potentiels d’action spontanés et provoqués. Les événements sont détectés par franchissement de seuil ou par « pattern-matching Template Search », une recherche de correspondances à des modèles. Les Template Search analysent les événements spontanés comme les PPSE et les PPSI miniatures. En outre, plusieurs catégories d’événements peuvent être détectées simultanément. L’environnement intégré du logiciel Clampfit 11 associe les événements détectés dans les données aux fenêtres de tableurs et de graphiques, ce qui permet une évaluation contextuelle rapide de l'ensemble des données.

  • Analyse de données en lots

    Macros d’analyse de données par lots

    Le module d’analyse avancé Clampfit, qui fait partie du logiciel pCLAMP 11, comprend un outil d’analyse de données par lots qui utilise des macros pour accélérer l’analyse des données. L’analyse par lots permet de gagner du temps en analysant des quantités importantes de données créées par le même protocole. Pour utiliser l’analyse par lots, il suffit d’activer la fonction de capture macro, d’analyser les données et d’enregistrer la macro. Lorsque des données supplémentaires doivent être analysées, il suffit d’appliquer la macro enregistrée et les données sont automatiquement analysées.

    Conseils techniques avec Jeffrey Tang : fonction du logiciel Axon pClamp™ 11 pour l’analyse en lots

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    Témoignage d’un client : Université du Texas

    L’Université du Texas utilise Axon Patch-Clamp

    L’Université du Texas utilise les systèmes patch-clamp Axon pour évaluer les mécanismes de signalisation impliqués dans la mémoire cérébrale et le rappel

    « L’intérêt d’utiliser les protocoles dans Clampex (module du logiciel pCLAMP), c’est que vous pouvez programmer votre système pour contrôler la stimulation et l’enregistrement, ce qui rend ce système puissant et unique. Plus important encore, c’est sa polyvalence, car vous pouvez saisir plusieurs stratégies de stimulation différentes, toutes sous le contrôle de Clampex. »

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  • Outil Population Spike Search

    Les enregistrements de pics de population et les expériences « paired pulses », même s’ils sont simples à recueillir, sont généralement difficiles à analyser. Ce n’est plus le cas avec le module d’analyse avancé Clampfit dans le logiciel pCLAMP 11. L’outil Population Spike Search (recherche de pics de population) localise automatiquement les pics de population selon des paramètres définis par l’utilisateur et calcule l’amplitude, l’aire sous la courbe, la demi-largeur, les temps de montée et de descente, les pentes de montée et de descente, les contours des pics de population et les « paired pulses ».

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    Technologie HumSilencer

    Technologie HumSilencer

    Le bruit de fréquence de ligne 50/60 Hz, également appelé hum électrique, est la source la plus fréquente de bruit de fond dans les expériences d'électrophysiologie patch-clamp. Ce bruit de fond peut recouvrir les signaux biologiques d’intérêt, ce qui rend les mesures patch-clamp sensibles pratiquement impossibles. Les solutions traditionnelles ne sont généralement que partiellement efficaces et peuvent altérer la précision des données. HumSilencer est une technologie adaptative sans filtre qui apprend et supprime le bruit de la fréquence d’alimentation sans avoir recours à des méthodes altérant la précision des signaux comme, par exemple, l'utilisation de filtres qui peuvent déformer les signaux biologiques.

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  • Analyse du potentiel d’action

    Action Potential Search patch-clamp pour les événements cellulaires

    Les potentiels d’action constituent des événements cellulaires importants. Sans potentiel d’action, le cœur ne battrait pas et les neurones n’enverraient pas de signaux. La mesure de ces événements est donc capitale. L’outil Action Potential Search (Recherche de potentiels d’action) dans le module avancé Clampfit 11 détecte tous les potentiels d’action dans le fichier de données. Il applique des métriques déterminées par le programme et définies par l’utilisateur, notamment l’amplitude, la durée du PA, les temps de montée et de descente, les pentes de montée et de descente, la fréquence et le temps pic à pic, le delta d’amplitude par pic, l’amplitude et la durée après potentiel et le potentiel seuil.

    Conseils techniques avec Jin Yan : fonction du logiciel Axon pClamp™ 11 pour l’analyse du potentiel d’action

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    Synchronisation des études d’électrophysiologie et d’imagerie

    Synchronisation des études d’électrophysiologie et d’imagerie

    La recherche sur les cellules vivantes a de plus en plus besoin de l’acquisition de données complémentaire simultanée pour décrire les processus intracellulaires. Des enregistrements simultanés avec des techniques d’imagerie et d’électrophysiologie fournissent une corrélation utile entre les deux types de données et sont largement utilisés pour étudier une grande diversité de réponses cellulaires.

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  • Témoignage client : Allegheny College

    Allegheny College

    L’université Allegheny College utilise nos instruments patch-clamp Axon pour étudier la manière dont les peptides bêta-amyloïdes bloquent les canaux ioniques dans la maladie d’Alzheimer

    Le Dr Lauren French travaille avec des étudiants de premier cycle de l’Allegheny College pour découvrir comment les peptides bêta-amyloïdes impliqués dans la pathologie de la maladie d’Alzheimer inhibent les canaux potassiques activés par le calcium. Cette interaction de canaux a été rapportée par Yamamoto et al. (2011), et les étudiants au sein de son laboratoire l’étudient grâce au système d’expression des ovocytes de xénope.

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Ressources sur l’électrophysiologie

Vidéos et démos

Conseils techniques avec Jeffrey Tang

Conseils techniques avec Jeffrey Tang : fonction du logiciel Axon pClamp™ 11 pour l’analyse en lots

Conseils techniques avec Jin Yan

Conseils techniques avec Jin Yan : fonction du logiciel Axon pClamp™ 11 pour l’analyse du potentiel d’action

Analyse des pics de population dans pCLAMP 11

Analyse des pics de population dans pCLAMP 11

Macros d’analyse de données par lots de Molecular Devices

Macros d’analyse de données par lots

Analyse du potentiel d’action dans le module Clampfit

Analyse du potentiel d’action dans le module Clampfit

Produits et services connexes de l’électrophysiologie