Hielscher Ultraschalltechnik

Ultraschall in der Virusforschung

Die Ultraschall-Lyse und -Extraktion ist eine zuverlässige und seit langem etablierte Methode für den Aufschluss von Zellen und die anschließende Freisetzung von Viren, viralen Proteinen, DNA und RNA.

Ultraschall in der Coronavirus-Forschung

Die Extraktion von Viren aus Organgewebe ist ein wesentlicher Schritt der Probenvorbereitung vor der Analyse des Virus (z.B. Nukleinsäure, Kapsomere, Glykoproteine). Die Ultraschall-Homogenisierung ist eine schnelle, einfache und reproduzierbare Methode zur Probenvorbereitung wie Gewebehomogenisierung, Lyse, Zellaufschluss, Extraktion von intrazellulärer Substanz sowie DNA- und RNA-Fragmentierung.
Die Ultraschallprobenvorbereitung ist ein üblicher Schritt vor der Polymerkettenreaktion (PCR).

Ultraschall-Virus-Anwendungen

  • Zell-Lyse zur Extraktion von Viren aus Gewebe- und Zellkulturen
  • Dispergieren von Virus-Clustern
  • Scherung / Fragmentierung von DNA und RNA

Ultraschall für die Impfstoffproduktion und die Formulierung von antiviralen Medikamenten

Weitere Informationen über die Herstellung von Ultraschall-Impfstoffen finden Sie hier!

Nano-Drogenträger

Nano-Sized Drug Delivery Systeme werden erfolgreich eingesetzt, um pharmakologisch aktive Wirkstoffe in Zellen zu bringen, wo das Medikament seine Wirkung entfalten kann. Gängige Nano-Träger für Pharmazeutika sind Nano-Emulsionen, Liposomen, Cyclodextrin-Komplexen, polymere Nanopartikel, anorganische Nanopartikel und virale Vektoren.
Die Ultraschall-Emulgierung und -Dispergierung ist eine gut etablierte Technik zur Herstellung von nanoverstärkten Formulierungen wie Nano-Emulsionen, Liposomen, Cyclodectrin-Komplexen und Nanopartikeln (z.B. Kern-Schale-Nanopartikel), die mit bioaktiven Substanzen beladen sind.

Viren können durch Ultraschall-Homogenisierung aus Zellkulturen und Organgeweben extrahiert werden.

Virus

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Ultraschallprozessoren für die Zelllyse und -extraktion

Hielscher Ultrasonics bietet eine breite Palette von Ultraschallsystemen für die Beschallung von sehr kleinen Laborproben bis hin zur Bearbeitung von sehr großen Mengen im industriellen Maßstab an.
Unsere Sonden-Ultraschallgeräte sind in verschiedenen Leistungsbereichen erhältlich, damit wir Ihnen das ideale Gerät für Ihre Anwendung empfehlen können. Ein breites Spektrum an Zubehör wie Sonotroden verschiedener Größen und Formen, Durchflusszellen und Reaktoren mit verschiedenen Größen und Geometrien und andere Zusatzgeräte stellen sicher, dass Sie Ihren Ultraschallzellen-Disruptor für höchste Prozesseffizienz und Anwenderfreundlichkeit einrichten können.
VialTweeterEin einzigartiges Ultraschalldesign für die Probenvorbereitung ist das VialTweeter. Der Hielscher VialTweeter ermöglicht die gleichzeitige Beschallung von bis zu 10 Röhrchen (z.B. Eppendorf-Röhrchen, Mikrozentrifugenröhrchen etc.) unter den gleichen Prozessbedingungen. Die intensiven Ultraschallwellen werden durch die Röhrchenwände übertragen, so dass Kreuzkontaminationen und Probenverluste vermieden werden. Die VialTweeter ist ein kompaktes Ultraschallsystem, das in jeder Laborumgebung eingesetzt werden kann. Seine Hauptvorteile sind die präzise Kontrolle über die Prozessparameter, die Reproduzierbarkeit, die gleichzeitige Behandlung mehrerer Proben unter gleichen Bedingungen ohne Kreuzkontamination und die automatische Datenprotokollierung auf einer eingebauten SD-Karte. Die Robustheit der Hielscher-Ultraschallgeräte ermöglicht einen 24/7-Betrieb bei hoher Beanspruchung und in anspruchsvollen Umgebungen.

Vorteile der Hielscher-Ultraschall-Geräte

Alle Hielscher-Ultraschallgeräte sind für den 24/7-Einsatz unter Volllast gebaut. Die Zuverlässigkeit und Robustheit der Hielscher-Ultraschallgeräte stellen sicher, dass Sie Ihre Materialien mit hoher Effizienz bearbeiten können und das gewünschte Ergebnis erzielen. Unsere automatische Frequenzabstimmung sorgt für einen kontinuierlichen Betrieb mit der gewählten Amplitude. Die lineare Skalierbarkeit ermöglicht ein einfaches Scale-up auf höhere Prozessvolumina und gleiche Prozessergebnisse ohne Risiken.
Ab 200 Watt aufwärts sind alle unsere Ultraschallsysteme mit einem farbigen Touch-Display, digitaler Steuerung, eingebauter SD-Karte zur automatischen Datenaufzeichnung, steckbaren Temperatur- und optionalen Drucksensoren ausgestattet.
In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallsysteme:

Batch-Volumen Durchfluss Empfohlenes Ultraschallgerät
1 bis 500ml 10 bis 200ml/min UP100H
10 bis 2000ml 20 bis 400ml/min UP200Ht, UP400St
0.1 bis 20l 0,2 bis 4l/min UIP2000hdT
10 bis 100l 2 bis 10l/min UIP4000hdT
n.a. 10 bis 100l/min UIP16000
n.a. größere Cluster aus UIP16000

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Hielscher Ultrasonics stellt leistungsstarke Ultraschall-Homogenisatoren für die Dispersion, Emulgierung und Zellenextraktion her.

Leistungsstarke Ultraschall-Homogenisatoren von Labor bis Pilot- und industrieller Maßstab.



Wissenswertes

Coronavirus

Der Begriff Coronavirus umfasst einen ganzen Zweig des Virenstammbaums, einschließlich der krankheitserregenden Erreger hinter SARS (Schweres Akutes Respiratorisches Syndrom), MERS (Mittleres Östliches Respiratorisches Syndrom) und anderer Varianten. Wenn man vom "Coronavirus" spricht und sich auf einen gefährlichen Virusstamm bezieht, kann man das Wort "Säugetier" mit dem Begriff "Grizzlybär" vergleichen. Es ist technisch korrekt, aber sehr unspezifisch.

Viren

Ein Virus ist ein kleines infektiöses Partikel, das eine Wirtszelle benötigt, um sich zu replizieren. Viren dringen in lebende Zellen eines Organismus ein, von Tieren und Pflanzen bis hin zu Mikroorganismen, einschließlich Bakterien und Archaeen.

Formen, Größen und Typen von Viren

Im Allgemeinen sind Viren deutlich kleiner als Bakterien. Die meisten Viren, die bis heute untersucht wurden, haben einen Durchmesser zwischen 20 und 300 Nanometern. Da es sich bei den meisten Viren um solch winzige Partikel handelt, hat ein optisches Mikroskop nicht genug Vergrößerung, um sie sichtbar zu machen. Um Viren zu sehen und zu studieren, sind Raster- und Transmissionselektronenmikroskope (REM bzw. TEM) erforderlich.

Zusammensetzung einer Virion

Ein vollständiges Viruspartikel wird als Virion bezeichnet. Ein solches Virion besteht aus einem inneren Kern aus Nukleinsäure, die entweder Ribonukleinsäure oder Desoxyribonukleinsäure (RNA oder DNA) sein kann. Die Nukleinsäure ist von einer schützenden äußeren Proteinhülle, dem Kapsid, umgeben. Ein Kapsid besteht aus identischen Protein-Untereinheiten, die Kapsomere genannt werden. Der Kern des Virions verleiht die Infektiosität, während das Kapsid die Spezifität des Virus gewährleistet. Prionen sind infektiöse Proteinmoleküle, die keine virale DNA oder RNA enthalten.

Umhüllte vs. Nackte Viren

Viren, die eine Lipidhülle haben, werden als behüllte Viren bezeichnet. Die so genannte Hülle ist ein Lipidmantel, der das Proteinkapsid umgibt. Viren nehmen die Hülle während des Knospens von der Wirtszellmembran an. Beispiele für behüllte Viren sind SARS-CoV-2, HIV, HSV, SARS oder Pocken.
Nackte Viren haben diese Hülle nicht, weil sie die Zelle durch Lyse verlassen. Einige Viren können jedoch eine "Quasi-Hülle" entwickeln, die das Viruskapsid vollständig umschließt, aber frei von viralen Glykoproteinen ist. Beispiele für nackte Viren sind das Poliovirus, das Nodavirus, das Adenovirus und das SV40.

Virus-Morphologie

Es werden vier morphologische Haupttypen von Viren unterschieden, nämlich helikal, ikosaedrisch, prolaten und hüllend. Darüber hinaus gibt es so genannte komplexe Virusmorphologien.
Die Morphologie eines Virus wird durch das Kapsid und seine Form definiert. Das Kapsid wird aus Proteinen aufgebaut, die vom viralen Genom kodiert werden. Die Form des Kapsids ist die Grundlage für die morphologische Unterscheidung. Viral kodierte Proteinuntereinheiten, die als Kapsomere bezeichnet werden, setzen sich selbst zusammen, um ein Kapsid zu bilden, was normalerweise die Anwesenheit des Virusgenoms erfordert.
Helikale Viren: Helikalviren haben eine Kapsidform, die als fadenförmig oder stabförmig beschrieben werden kann. Die Helixform hat einen zentralen Hohlraum, in dem die Nukleinsäure eingeschlossen ist. Je nach Kapselanordnung verleiht die Helixform dem Virus Kapsid Flexibilität oder Steifigkeit.
Ikosaedrische Viren: Das Kapsid des ikosaedrischen Virus besteht aus identischen Untereinheiten (Kapsomeren), die gleichseitige Dreiecke bilden, die wiederum symmetrisch angeordnet sind. Die ikosaedrische Form sorgt für eine sehr stabile Kapsidbildung, die viel Platz für die Nukleinsäure bietet.
Prolate Viren: Die längliche Form ist eine Variante der ikosaedrischen Form und kommt bei Bakteriophagen vor.
Umhüllte Viren: Einige Viren haben eine Hülle aus Phospholipiden und Proteinen. Um die Hülle zusammenzusetzen, verwendet das Virus Teile der Zellmembran seines Wirts. Die Hülle fungiert als Schutzhülle des Kapsids und hilft so, das Virus vor dem Immunsystem des Wirts zu schützen. Die Hülle kann auch Rezeptormoleküle enthalten, die es dem Virus ermöglichen, an Wirtszellen zu binden und die Infektion von Zellen zu erleichtern. Einerseits erleichtert eine Virushülle die Infektion von Zellen, andererseits macht die Virushülle das Virus anfälliger für die Inaktivierung durch Umwelteinflüsse, wie z.B. Detergenzien (z.B. Seife), die die Lipidbausteine der Hülle stören.
Komplexe Viren: Ein komplexes Virus wird durch eine Kapsidstruktur bestimmt, die weder rein spiralförmig noch rein ikosaedrisch ist. Darüber hinaus können komplexe Viren zusätzliche Komponenten wie Proteinschwänze oder eine komplexe Außenwand haben. Viele Phagenviren sind für ihre komplexe Struktur bekannt, die einen ikosaedrischen Kopf mit einem helikalen Schwanz kombiniert.

Virus-Genom

Virale Arten haben eine gigantische Vielfalt an genomischen Strukturen. Die Gruppe der Virusarten enthält mehr strukturelle genomische Vielfalt als Pflanzen, Tiere, Archaeen oder Bakterien. Es gibt Millionen von verschiedenen Virusarten, obwohl bisher nur etwa 5.000 Arten detailliert beschrieben wurden. Dies lässt einen großen Spielraum für die zukünftige Virenforschung.