Αποσύνθεση κυττάρων με υπερήχους

Η κατεργασία με υπερήχους αποτελεί αποτελεσματικό μέσο για την αποσύνθεση κυτταρικών δομών. Γι’ αυτό, οι συσκευές υπερήχων χρησιμοποιούνται ευρέως στα εργαστήρια για τη διάρρηξη κυττάρων και την εκχύλιση ενδοκυτταρικών μορίων, πρωτεϊνών και οργανιδίων για έρευνα και ανάλυση. Σε βιομηχανική κλίμακα, η αποσύνθεση και η λύση με υπερήχους χρησιμοποιούνται για την απομόνωση μορίων από κυτταρικά εργοστάσια ή για την προώθηση της χώνευσης της βιομάζας.

Τι είναι η αποσύνθεση με υπερήχους;

Η αποσύνθεση με υπερήχους, γνωστή και ως ομογενοποίηση με υπερήχους, είναι μια διεργασία που χρησιμοποιεί υπερηχητικά κύματα υψηλής έντασης και χαμηλής συχνότητας για τη διάσπαση των κυτταρικών τοιχωμάτων και τη διάρρηξη μοριακών δομών σε υγρό μέσο. Η τεχνική αυτή χρησιμοποιείται συνήθως σε διάφορες επιστημονικές και βιομηχανικές εφαρμογές για ποικίλους σκοπούς:

Κυτταρική διάρρηξη: Η αποσύνθεση με υπερήχους χρησιμοποιείται ευρέως στην κυτταρική και τη μοριακή βιολογία για τη διάρρηξη των κυτταρικών μεμβρανών, απελευθερώνοντας το κυτταρικό περιεχόμενο, όπως πρωτεΐνες, νουκλεϊκά οξέα και οργανίδια. Αυτό είναι χρήσιμο για την εκχύλιση ενδοκυτταρικών συστατικών προς ανάλυση ή για τη λύση κυττάρων σε μικροβιολογικές και βιοτεχνολογικές διεργασίες.

• Ομογενοποίηση: Συμβάλλει στην ομοιόμορφη ανάμειξη των συστατικών ενός δείγματος, ιδιαίτερα όταν πρόκειται για μη αναμείξιμα υγρά ή όταν επιδιώκεται η δημιουργία ενός ομοιογενούς μείγματος υλικών.
• Εκχύλιση πρωτεϊνών: Στη βιολογία, την πρωτεωμική και τις επιστήμες της ζωής, η ανάλυση πρωτεϊνών είναι μια πολύ συνηθισμένη εργασία. Πριν αναλυθούν με δοκιμασίες, οι πρωτεΐνες πρέπει να εκχυλιστούν από το εσωτερικό των κυττάρων και να απομονωθούν. Η χρήση συσκευών υπερήχων αποτελεί την ευρύτερα χρησιμοποιούμενη μέθοδο εκχύλισης πρωτεϊνών.
• Κατακερματισμός DNA: Το DNA και το RNA είναι διακριτοί τύποι νουκλεϊκών οξέων που αποθηκεύουν και κωδικοποιούν γενετικές πληροφορίες στα κύτταρα. Κατά την ανάλυση DNA και RNA, οι μακριές αλυσίδες πρέπει μερικές φορές να κατακερματιστούν, μια διεργασία που μπορεί να πραγματοποιηθεί αξιόπιστα και αποτελεσματικά με κατεργασία με υπερήχους.
• Προετοιμασία δειγμάτων: Στην έρευνα και την ανάλυση, η προετοιμασία δειγμάτων είναι μια συνήθης διαδικασία πριν από την εφαρμογή διαφόρων αναλυτικών τεχνικών. Η αποσύνθεση με υπερήχους μπορεί να βοηθήσει στη διάλυση ή τη διασπορά δειγμάτων, κάτι που ενδέχεται να βελτιώσει την ακρίβεια και την αναπαραγωγιμότητα των αναλύσεων.

Πλεονεκτήματα της αποσύνθεσης με υπερήχους

Γιατί να χρησιμοποιήσετε μια συσκευή υπερήχων τύπου ακίδας για αποσύνθεση, κυτταρική διάρρηξη και εκχύλιση ενδοκυτταρικών μορίων και πρωτεϊνών; Μια συσκευή υπερήχων ή ένας διαρρήκτης υπερήχων προσφέρει πολυάριθμα πλεονεκτήματα που καθιστούν την κατεργασία με υπερήχους ανώτερη τεχνολογία σε σύγκριση με άλλες μεθόδους αποσύνθεσης, όπως η ομογενοποίηση υψηλής πίεσης, η άλεση με σφαιρόμυλο ή η μικρορευστοποίηση.

• Μη θερμική μέθοδος: Η αποσύνθεση με υπερήχους είναι μια μη θερμική μέθοδος, πράγμα που σημαίνει ότι δεν βασίζεται στη θερμότητα για τη διάσπαση των υλικών. Αυτό είναι πλεονεκτικό για εφαρμογές στις οποίες οι υψηλές θερμοκρασίες θα μπορούσαν να υποβαθμίσουν θερμοευαίσθητα δείγματα.
• Ακριβής και ελεγχόμενη: Η διεργασία μπορεί να ελέγχεται με υψηλή ακρίβεια, επιτρέποντας στοχευμένη διάρρηξη, ανάμειξη ή μείωση του μεγέθους των σωματιδίων.
• Ταχεία και αποτελεσματική: Η κατεργασία με υπερήχους είναι γενικά μια γρήγορη και αποτελεσματική μέθοδος, γεγονός που την καθιστά κατάλληλη για εφαρμογές υψηλής διεκπεραιωτικής ικανότητας.
• Μειωμένη χρήση χημικών: Σε πολλές περιπτώσεις, η αποσύνθεση με υπερήχους μπορεί να μειώσει την ανάγκη για δραστικές χημικές ουσίες ή οργανικούς διαλύτες, κάτι που μπορεί να είναι φιλικό προς το περιβάλλον και να μειώνει τον κίνδυνο χημικής επιμόλυνσης.
• Χωρίς μέσα άλεσης, χωρίς ακροφύσια: Οι εναλλακτικές τεχνικές αποσύνθεσης, όπως η άλεση με σφαίρες/σφαιρίδια ή οι ομογενοποιητές υψηλής πίεσης, παρουσιάζουν μειονεκτήματα. Η άλεση με σφαίρες/σφαιρίδια απαιτεί τη χρήση μέσων άλεσης (σφαιριδίων ή περλών), τα οποία πρέπει να διαχωρίζονται και να καθαρίζονται με επίπονες διαδικασίες. Οι ομογενοποιητές υψηλής πίεσης διαθέτουν ακροφύσια επιρρεπή σε απόφραξη. Αντίθετα, οι ομογενοποιητές υπερήχων είναι εύχρηστοι, εξαιρετικά αξιόπιστοι και ανθεκτικοί, ενώ απαιτούν ελάχιστη συντήρηση.
• Ευελιξία: Μπορεί να εφαρμοστεί σε ένα ευρύ φάσμα υλικών, όπως βακτήρια, φυτικά κύτταρα, ιστούς θηλαστικών, φύκη, μύκητες κ.λπ., γεγονός που την καθιστά ευέλικτη τεχνική σε διάφορους τομείς.
  Δυνατότητα κλιμάκωσης: Η τεχνική υπερήχων μπορεί να κλιμακωθεί για βιομηχανικές διεργασίες, γεγονός που την καθιστά κατάλληλη τόσο για εργαστηριακές εφαρμογές όσο και για εφαρμογές παραγωγής μεγάλης κλίμακας.

Η αρχή λειτουργίας της αποσύνθεσης με υπερήχους και της κυτταρικής διάρρηξης

Η κατεργασία με υπερήχους δημιουργεί εναλλασσόμενα κύματα υψηλής και χαμηλής πίεσης στο υγρό που εκτίθεται σε αυτήν. Κατά τον κύκλο χαμηλής πίεσης, τα υπερηχητικά κύματα δημιουργούν μικρές φυσαλίδες κενού μέσα στο υγρό, οι οποίες καταρρέουν βίαια κατά τη διάρκεια ενός κύκλου υψηλής πίεσης. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται σπηλαίωση. Η ενδόρρηξη της φυσαλίδας σπηλαίωσης προκαλεί ισχυρές υδροδυναμικές δυνάμεις διάτμησης, οι οποίες προκαλούν αρχικά σχηματισμό πόρων μέσω υπερήχων και στη συνέχεια αποτελεσματική διάρρηξη των κυτταρικών δομών. Τα ενδοκυτταρικά μόρια και οργανίδια απελευθερώνονται πλήρως στον διαλύτη.

Αποσύνθεση κυτταρικών δομών με υπερήχους

Οι δυνάμεις διάτμησης μπορούν να αποσυνθέσουν το ινώδες, κυτταρινικό υλικό σε λεπτά σωματίδια και να διασπάσουν τα τοιχώματα της κυτταρικής δομής. Έτσι απελευθερώνεται περισσότερο ενδοκυτταρικό υλικό, όπως άμυλο ή σάκχαρα, στο υγρό. Επιπλέον, το υλικό του κυτταρικού τοιχώματος διασπάται σε μικρά θραύσματα.

Το αποτέλεσμα αυτό μπορεί να αξιοποιηθεί στη ζύμωση, τη χώνευση και άλλες διεργασίες μετατροπής οργανικής ύλης. Μετά την άλεση και τη λειοτρίβηση, η κατεργασία με υπερήχους καθιστά περισσότερο ενδοκυτταρικό υλικό, π.χ. άμυλο, καθώς και τα θραύσματα των κυτταρικών τοιχωμάτων διαθέσιμα στα ένζυμα που μετατρέπουν το άμυλο σε σάκχαρα. Αυξάνει επίσης την επιφάνεια που εκτίθεται στα ένζυμα κατά τη ρευστοποίηση ή τη σακχαροποίηση. Αυτό συνήθως αυξάνει την ταχύτητα και την απόδοση της ζύμωσης με ζυμομύκητες και άλλων διεργασιών μετατροπής, π.χ. για την ενίσχυση της παραγωγής αιθανόλης από βιομάζα.

Χρησιμοποιήστε την αποσύνθεση με υπερήχους – αξιόπιστα και αποτελεσματικά σε κάθε κλίμακα

Οι συσκευές υπερήχων της Hielscher διατίθενται με διαφορετικές ονομαστικές ισχείς και δυναμικότητες επεξεργασίας. Είτε θέλετε να υποβάλετε σε κατεργασία με υπερήχους μικρά βιολογικά δείγματα από λίγα μικρολίτρα έως λίγα λίτρα είτε χρειάζεται να επεξεργαστείτε μεγάλα ρεύματα κυττάρων ή βιομάζας για παραγωγή, η Hielscher Ultrasonics θα σας προσφέρει τον καταλληλότερο διαρρήκτη υπερήχων για τη βιολογική σας εφαρμογή.

• εργαστηριακή κλίμακα για 1mL έως περίπου 5L, π.χ. UP400St με ηχοτρόδιο 22mm
• επιτραπέζια κλίμακα με παροχή περίπου 0,1 έως 20L/min, π.χ. UIP1000hdT με ηχοτρόδιο 34mm και κυψελίδα ροής
• κλίμακα παραγωγής με παροχή από 20L/min, π.χ. UIP4000hdT ή UIP16000hdT

Ο παρακάτω πίνακας παρέχει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση δυναμικότητας επεξεργασίας των εργαστηριακών συσκευών υπερήχων μας:

Χρησιμοποιήστε την παρακάτω φόρμα εάν επιθυμείτε περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τη χρήση συσκευών υπερήχων για την αποσύνθεση κυττάρων. Θα χαρούμε να σας βοηθήσουμε.

Ο παρακάτω πίνακας παρέχει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση δυναμικότητας επεξεργασίας των βιομηχανικών συσκευών υπερήχων μας:

Βιβλιογραφία / Αναφορές

• Nico Böhmer, Andreas Dautel, Thomas Eisele, Lutz Fischer (2012): Recombinant expression, purification and characterisation of the native glutamate racemase from Lactobacillus plantarum NC8. Protein Expr Purif. 2013 Mar;88(1):54-60.
• Brandy Verhalen, Stefan Ernst, Michael Börsch, Stephan Wilkens (2012): Dynamic Ligand-induced Conformational Rearrangements in P-glycoprotein as Probed by Fluorescence Resonance Energy Transfer Spectroscopy. J Biol Chem. 2012 Jan 6;287(2): 1112-27.
• Claudia Lindemann, Nataliya Lupilova, Alexandra Müller, Bettina Warscheid, Helmut E. Meyer, Katja Kuhlmann, Martin Eisenacher, Lars I. Leichert (2013): Redox Proteomics Uncovers Peroxynitrite-Sensitive Proteins that Help Escherichia coli to Overcome Nitrosative Stress. J Biol Chem. 2013 Jul 5; 288(27): 19698–19714.
• Elahe Motevaseli, Mahdieh Shirzad, Seyed Mohammad Akrami, Azam-Sadat Mousavi, Akbar Mirsalehian, Mohammad Hossein Modarressi (2013): Normal and tumour cervical cells respond differently to vaginal lactobacilli, independent of pH and lactate. ed Microbiol. 2013 Jul; 62(Pt 7):1065-1072.