L’électrophysiologie patch-clamp est la technique de référence pour étudier la fonction des canaux ioniques. Elle mesure le courant électrique traversant les canaux ioniques dans les membranes cellulaires avec une sensibilité au picoampère et une résolution temporelle à la milliseconde. La technique a été développée par Neher et Sakmann, qui ont reçu le prix Nobel en 1991.

La technique patch-clamp utilise une micropipette en verre avec un diamètre de pointe d’environ 1 µm, remplie de solution électrolytique et contenant une électrode argent-chlorure d’argent. La pipette est pressée contre la membrane cellulaire, et une aspiration douce forme un joint de gigaohm entre le verre et la membrane. Ce joint à haute résistance réduit le bruit électrique et permet la mesure de courants de l’ordre du picoampère.

La configuration cellule-attachée enregistre les courants des canaux dans le patch membranaire intact tout en laissant l’intérieur cellulaire non perturbé. Le patch inside-out est formé en rétractant la pipette de la cellule, exposant la surface membranaire intracellulaire à la solution du bain. Cette configuration permet le contrôle de l’environnement intracellulaire. Le patch outside-out est formé en rompant le joint puis en rétractant la pipette, provoquant la reformation de la membrane avec la surface extracellulaire face au bain. Cette configuration est utilisée pour étudier la pharmacologie des canaux.

Le patch-clamp en cellule entière rompt le patch membranaire en appliquant une aspiration ou des impulsions de tension, fournissant un accès électrique à l’intérieur cellulaire. La solution de la pipette dialyse le cytoplasme, permettant le contrôle de la composition ionique intracellulaire. Les variantes de patch-perforé utilisent des antibiotiques comme l’amphotéricine B pour maintenir l’accès électrique sans dialyse cytoplasmique.

Le mode de clamp de tension maintient le potentiel membranaire à une valeur commandée et mesure le courant nécessaire pour maintenir ce potentiel. Les relations courant-tension révèlent la dépendance à la tension de l’activation et de la rectification des canaux. Le mode de clamp de courant injecte du courant et mesure les changements de potentiel membranaire résultants, enregistrant les potentiels d’action et les potentiels synaptiques.

L’analyse des données inclut la détermination de la conductance d’un seul canal, la probabilité d’ouverture, les temps moyens d’ouverture et de fermeture, et les effets des modulateurs. Les médicaments sont appliqués en utilisant des systèmes d’échange rapide de solution pour étudier la cinétique. Le contrôle de la température maintient les conditions physiologiques.

Les systèmes automatisés de patch-clamp utilisant des électrodes à puce plane permettent le criblage à moyen débit des médicaments agissant sur les canaux ioniques. Ces systèmes sont utilisés dans le développement pharmaceutique pour l’évaluation de la pharmacologie de sécurité du canal hERG et pour la découverte de nouveaux modulateurs de canaux.