Neher e Sakmann ouviram canais iônicos individuais através de uma pipeta de vidro selada por sucção

No início da década de 1970, a maioria dos fisiologistas acreditava que os íons atravessavam a membrana celular por poros específicos, mas ninguém tinha visto um. Hodgkin e Huxley haviam inferido canais a partir de axônios de lula em 1952, porém uma disputa de uma década sobre a própria existência deles ainda continuava, porque um único canal carrega apenas alguns picoamperes — cerca de um bilionésimo do que os microeletrodos convencionais conseguiam resolver com clareza — enterrados em ruído de fuga e térmico. A resposta padrão era amplificar mais e fazer médias por mais tempo.

No Instituto Max Planck de Psiquiatria, em Munique, Erwin Neher e Bert Sakmann pressionaram uma micropipeta de vidro com alguns micrômetros de largura contra uma fibra muscular de rã desnervada e registraram o que atravessava o fragmento sob a ponta. Em seu artigo na Nature de 1976, o selo era ruim — resistência da pipeta de alguns megaohms e selos na faixa de dezenas a centenas de megaohms —, mas correntes discretas, em forma de degraus, de alguns picoamperes apareceram mesmo assim: o primeiro registro de um canal nativo individual, que encerrou imediatamente a disputa sobre se os canais existem.

O truque que tornou isso rotineiro foi o gigaselo. O polimento da ponta da pipeta por chama e a aplicação de sucção suave fizeram a membrana aderir ao vidro com tanta firmeza que a resistência selada saltou da faixa de centenas de megaohms para dezenas de gigaohms (Hamill, Marty, Neher, Sakmann e Sigworth, 1981). O ruído de fundo caiu por ordens de magnitude, e a mesma aderência ao vidro sobreviveu ao arrancamento do fragmento da célula, dando as configurações de célula aderida, célula inteira, inside-out e outside-out que ainda padronizam o campo.

Pressione o vidro contra a célula; a sucção produz um selo de gigaohm

A resistência do selo determina a fuga: em dezenas de gigaohms, quase toda a corrente do fragmento flui para o amplificador em vez de escapar pela borda da pipeta.

O ruído escala com a condutância de fuga, então um selo mil vezes mais firme silenciou o fundo que escondia degraus de picoamperes.

O vidro polido por chama e usado com sucção precisava apenas de ferramentas já presentes na bancada — uma microforja e uma seringa — em vez de nova eletrônica.

A aderência sobreviveu à excisão da célula, transformando um truque em quatro configurações padrão de registro.

Quando o sinal não pode ser aumentado, reduza o ruído: o avanço não foi um amplificador melhor, mas a remoção de todos os caminhos paralelos de escape, de modo que o único caminho restante carregasse toda a história.

O patch clamp tornou-se a ferramenta de trabalho da biofísica de canais: cinética, filtros de seletividade e sensores de gate foram resolvidos no nível de molécula única, e os degraus de capacitância registrados pela pipeta permitiram a Neher observar vesículas individuais se fundindo durante a secreção. Os canais iônicos passaram de hipótese a uma das maiores classes de alvos farmacológicos; a Assembleia do Nobel observou que o método já era usado por milhares de cientistas no mundo todo quando concedeu a Neher e Sakmann o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina de 1991. O patch clamp automatizado agora realiza milhares de registros celulares por dia na triagem farmacêutica.