Électrophysiologie
Accueil du fameux guide Axon :
Un guide de l'électrophysiologie et des techniques de biophysique en laboratoire
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 :
- Environnement : moyens mis en œuvre pour que la préparation reste intacte ;
- Optique : moyen de visualisation de la préparation ;
- Mécanique : moyen de positionnement stable de la microélectrode ; et
- 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.
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.
AMPLIFICATEUR(S)
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
NUMÉRISEUR(S)
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
LOGICIEL
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 pCLAMP™11
TÊTE
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
MICROSCOPE AVEC MICROMANIPULATEURS
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.
CAGE DE FARADAY ET TABLE À AIR/ANTI-V
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.
