Neher y Sakmann oyeron canales iónicos individuales a través de una pipeta de vidrio sellada por succión

A principios de la década de 1970, la mayoría de los fisiólogos creía que los iones atravesaban la membrana celular a través de poros específicos, pero nadie había visto uno. Hodgkin y Huxley habían inferido la existencia de canales a partir de axones de calamar en 1952, pero una disputa de una década sobre su propia existencia seguía en curso, porque un solo canal transporta apenas unos pocos picoamperios —alrededor de una milmillonésima parte de lo que los microelectrodos convencionales podían resolver con claridad— enterrados en ruido de fuga y térmico. La respuesta estándar era amplificar más y promediar durante más tiempo.

En el Instituto Max Planck de Psiquiatría de Múnich, Erwin Neher y Bert Sakmann presionaron una micropipeta de vidrio de unos pocos micrómetros de ancho contra una fibra muscular de rana denervada y registraron lo que atravesaba el parche bajo la punta. En su artículo de Nature de 1976 el sellado era deficiente —resistencia de pipeta de unos pocos megaohmios y sellados de decenas a cientos de megaohmios—, pero aun así aparecieron corrientes discretas, en forma de escalón, de unos pocos picoamperios: el primer registro de un canal nativo individual, que puso fin de inmediato a la disputa sobre si los canales existen.

El truco que lo hizo rutinario fue el gigasellado. Pulir a la llama la punta de la pipeta y aplicar una succión suave hizo que la membrana se adhiriera al vidrio con tal fuerza que la resistencia del sellado saltó del rango de cientos de megaohmios al de decenas de gigaohmios (Hamill, Marty, Neher, Sakmann y Sigworth, 1981). El ruido de fondo cayó en órdenes de magnitud, y la misma sujeción de vidrio sobrevivió al arrancar el parche de la célula, dando las configuraciones de célula adherida, célula entera, inside-out y outside-out que todavía estandarizan el campo.

Presionar el vidrio contra la célula; la succión produce un sellado de gigaohmio

La resistencia del sellado determina la fuga: a decenas de gigaohmios, casi toda la corriente del parche fluye hacia el amplificador en lugar de escaparse por el borde de la pipeta.

El ruido escala con la conductancia de fuga, así que un sellado mil veces más hermético silenció el fondo que ocultaba los escalones de picoamperios.

El vidrio pulido a la llama y la succión solo necesitaban herramientas que ya estaban en el banco —un microforjador y una jeringa— en lugar de nueva electrónica.

La sujeción sobrevivió a la escisión de la célula, convirtiendo un truco en cuatro configuraciones de registro estándar.

Cuando la señal no se puede hacer más grande, reduzca el ruido: el avance no fue un mejor amplificador, sino eliminar todas las vías de escape paralelas, de modo que la única vía restante llevara toda la historia.

El patch clamp se convirtió en el caballo de batalla de la biofísica de canales: la cinética, los filtros de selectividad y los sensores de compuerta se resolvieron a nivel de molécula individual, y los escalones de capacitancia registrados con pipeta permitieron a Neher observar la fusión de vesículas individuales durante la secreción. Los canales iónicos pasaron de hipótesis a una de las clases de dianas farmacológicas más grandes; la Asamblea Nobel señaló que el método ya era utilizado por miles de científicos en todo el mundo cuando otorgó a Neher y Sakmann el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1991. El patch clamp automatizado ahora realiza miles de registros celulares al día en el cribado farmacéutico.