Sistemi completi per patch clamp e ion imaging

Patch Clamp System

Esempio di sistema FLUO OPTO PATCH installato da Crisel Instruments

I sistemi patch clamp e calcium imaging rappresentano strumenti fondamentali per lo studio dei meccanismi cellulari e delle dinamiche di segnalazione intracellulare.
Crisel Instruments offre soluzioni completamente personalizzabili e modulari, progettate per adattarsi alle esigenze di ogni laboratorio di ricerca in elettrofisiologia, neuroscienze e biologia cellulare.
Grazie a componenti allo stato dell’arte e a un’integrazione hardware/software ottimizzata, i nostri sistemi consentono di combinare registrazioni patch clamp ad alta sensibilità con tecniche di ion imaging, optogenetica e registrazioni extracellulari con multielettrodo MEA, garantendo esperimenti affidabili e riproducibili.

Che cos’è la tecnica Patch Clamp e perché è importante

La patch clamp è una tecnica di elettrofisiologia che permette di registrare le correnti ioniche a livello di singola cellula o di canali ionici specifici. È utilizzata in neuroscienze, farmacologia e fisiologia per:

studiare le proprietà elettriche delle membrane cellulari
analizzare la funzione dei canali ionici
comprendere i meccanismi alla base di malattie neurologiche e cardiache
valutare l’efficacia di farmaci su canali ionici e recettori

Un sistema patch clamp moderno non si limita alla registrazione elettrica, ma integra strumenti di imaging per monitorare in tempo reale le variazioni di concentrazione ionica all’interno delle cellule.

Calcium Imaging e Ion Imaging: il complemento ideale al Patch Clamp

Il calcium imaging è una tecnica che utilizza coloranti fluorescenti o proteine sensibili al calcio per visualizzare le variazioni di concentrazione intracellulare di ioni Ca²⁺. Queste misure sono fondamentali per lo studio della trasmissione sinaptica, della plasticità neuronale e della segnalazione intracellulare.
In generale, i sistemi di ion imaging permettono di monitorare altri ioni come sodio (Na⁺), potassio (K⁺) e cloruro (Cl⁻), ampliando le potenzialità sperimentali. L’integrazione con la patch clamp consente di:

correlare i segnali elettrici ai cambiamenti ionici
ottenere misure quantitative precise
sincronizzare registrazioni elettrofisiologiche e imaging in un unico flusso sperimentale

Configurazione standard di un sistema Patch Clamp

Un sistema patch clamp completo include tutti i componenti necessari per garantire registrazioni stabili e prive di rumore:

Microscopio dritto o rovesciato, con piattaforma XY micrometrica e illuminazione (epi fluorescenza, brightfield, contrasto di fase, DIC e IR) tramite LED dedicati;
Micromanipolatori motorizzati o piezoelettrici, con funzioni Home e Target per un rapido cambio pipetta; resistenti a dilatazioni termiche e con risoluzione sub-micrometrica
Amplificatori ad alta sensibilità, con acquisizione tramite sistema di conversione analogico-digitale ad alto campionamento e silenziatore integrato della componente di noise elettrico a 50/60 Hz;
Software per la gestione delle registrazioni patch clamp, l’analisi dei dati e la gestione dei trigger TTL di sincronizzazione con altri strumenti;
Sistemi di termostatazione per la cameretta di registrazione del campione e per termostatare la perfusione;
Perfusione programmabile con elettrovalvole o pressure controller controllate via software o manualmente;
Multi-perfusione focale a cambio ultrarapido e senza volume morto;
Puller per creare in modo riproducibile elettrodi di registrazione con le corrette caratteristiche geometriche e di resistenza
Sistemi di stimolazione elettrica, in corrente o voltaggio
Sistema di stimolazione optogenetica a più canali, con area di illuminazione tunabile
Telecamera di puntamento per un posizionamento preciso della pipetta e per misure di fluorescenza a basse o alte velocità per campionare correttamente le cinetiche cellulari
Software specifico per ion imaging e ratio imaging, con moduli di controllo per telecamera e illuminatore (monocromatore o sistema a LED), essenziale per visualizzare l’andamento dell’intensità di fluorescenza in regioni di interesse specifiche. Il software è necessario anche per ottimizzare i tempi sincronizzazione tra acquisizione della telecamera e accensione dei LED, ottenendo la massima velocità nelle acquisizioni multicanale, grazie a un box di controllo esterno che gestisce il timing di telecamera, LED tramite TTL ed eventuali altre periferiche USB/TTL/ANALOG.
Sistema MEA per registrazioni extracellulari e mapping dell’attività elettrica
Tavolo antivibrante e gabbia di Faraday per ridurre al minimo vibrazioni e perturbazioni elettriche esterne
Vibratomo o Compresstome per tagliare i campioni di slices senza aberrazioni o aberrazioni di tessuto dannosi sia per l’imaging

Questa configurazione garantisce la stabilità necessaria per esperimenti di patch clamp di lunga durata e ad alta precisione. Ma è solo la base per cominciare! La modularità di questi sistemi permette anche di esplorare altre applicazioni in maniera correlativa.

Moduli avanzati per Calcium Imaging e Ion Imaging

I sistemi Crisel Instruments sono modulari e possono essere integrati con tecnologie dedicate all’imaging:

Telecamera e software Terze Parti per time lapse ad alta sensibilità, con illuminazione LED a diverse lunghezze d’onda;
Telecamere veloci, monocromatore o LED per imaging raziometrico (Fura-2, Fluo3, Fluo4), sincronizzabili con software di acquisizione di patch clamp;
Sistemi di fotometria a singolo o doppio canale per misure di fluorescenza oltre 1000 Hz;
Soluzioni per optogenetica in vitro e in vivo, con LED o laser a singolo punto o multi-ROI, tramite fibra ottica o obiettivo di microscopia a fluorescenza.

Applicazioni sperimentali

I nostri sistemi sono utilizzati in diversi ambiti della ricerca:

Neuroscienze → studio di canali ionici neuronali, trasmissione sinaptica, plasticità sinaptica;
Cardiologia → analisi delle correnti ioniche in cellule cardiache e tessuti;
Farmacologia → valutazione degli effetti di nuovi farmaci su canali ionici;
Biologia cellulare → studio delle variazioni di calcio intracellulare e segnalazione ionica;
Optogenetica → stimolazione ottica di cellule e circuiti neuronali in vitro e in vivo.

Vantaggi dei sistemi Crisel Instruments

Modularità: possibilità di partire da una configurazione base ed espanderla con imaging, fotometria e optogenetica;
Personalizzazione: configurazioni su misura per ogni laboratorio e progetto di ricerca;
Integrazione software: comunicazione diretta tra i software di acquisizione per esperimenti perfettamente sincronizzati;
Stabilità meccanica ed elettronica: tavoli antivibranti e sistemi di acquisizione ad alta sensibilità riducono al minimo il rumore sperimentale;
Supporto tecnico: consulenza e assistenza specializzata per garantire la massima efficienza delle apparecchiature.

Conclusioni

I sistemi per patch clamp e calcium imaging di Crisel Instruments rappresentano una soluzione completa per la ricerca avanzata in elettrofisiologia, biologia cellulare e neuroscienze. Grazie alla loro modularità, offrono un’integrazione perfetta tra registrazioni elettriche e imaging ionico, consentendo ai ricercatori di esplorare con precisione i meccanismi cellulari più complessi.

Che si tratti di esperimenti di neurofisiologia, farmacologia o optogenetica, i nostri sistemi garantiscono affidabilità, precisione e flessibilità, accompagnando il ricercatore dall’esperimento di base alla ricerca più avanzata.