સેલ લિસિસ માટે સોનિકેશન: સેલ વિક્ષેપ અને નિષ્કર્ષણ

આધુનિક બાયોટેક પ્રયોગશાળાઓમાં અલ્ટ્રાસોનિક સેલ લિસિસ એ વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતી નમૂના-તૈયારી તકનીક છે. તેનો પ્રાથમિક હેતુ પ્રોટીન, ન્યુક્લિક એસિડ અથવા ઓર્ગેનેલ્સ જેવા અંતઃકોશિક ઘટકોને મુક્ત કરવા માટે કોષ પટલ અથવા સમગ્ર કોષોને વિક્ષેપિત કરવાનો છે. દૈનિક પ્રયોગશાળાના કાર્યમાં આનો અર્થ એ છે કે સોનિકેશન એ નિયંત્રિત કોષ વિક્ષેપ અને બાયોમોલેક્યુલ્સના કાર્યક્ષમ નિષ્કર્ષણ માટે એક માનક પદ્ધતિ છે. સોનિકેટર્સનો મુખ્ય ફાયદો અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તીવ્રતા, ધબકારા અને તાપમાન નિયંત્રણ સહિત મહત્વપૂર્ણ પ્રક્રિયા પરિમાણોને ચોક્કસ રીતે મોડ્યુલેટ કરવાની તેમની ક્ષમતામાં રહેલો છે. આ નિયંત્રણ સંશોધકોને સંવેદનશીલ બાયોમોલેક્યુલ્સને થર્મલ અથવા યાંત્રિક નુકસાન ઘટાડીને વિશ્વસનીય લિસિસ પ્રાપ્ત કરવાની મંજૂરી આપે છે, જેના પરિણામે સૌમ્ય છતાં અત્યંત કાર્યક્ષમ નિષ્કર્ષણ પ્રક્રિયા થાય છે.

સોનિકેટર્સનો ઉપયોગ કરીને સેલ લિસિસ

અલ્ટ્રાસોનિક સેલ લિસિસ સેલ્યુલર મેમ્બ્રેનને વિક્ષેપિત કરવા અને ઇન્ટ્રાસેલ્યુલર અણુઓને મુક્ત કરવા માટે એકોસ્ટિક પોલાણનો ઉપયોગ કરે છે. હિલ્સચર અલ્ટ્રાસોનિક્સ ક્લાસિકલ પ્રોબ-ટાઇપ સોનિકેટર તેમજ જંતુરહિત પ્રક્રિયા માટે મલ્ટી-સેમ્પલ સોનિકેટર ઓફર કરે છે: બહુવિધ ટ્યુબ અને શીશીઓ માટે વાયલટ્વીટર અને સ્ટાન્ડર્ડ માઇક્રોપ્લેટ્સ માટે 96-વેલ પ્લેટ સોનિકેટર UIP400MTP.
 

Hielscher Ultrasonics નમૂનાની તૈયારી અને ક્લિનિકલ વિશ્લેષણ માટે શક્તિશાળી બિન-સંપર્ક સોનિકેટર્સ સપ્લાય કરે છે. મલ્ટિ-વેલ પ્લેટ સોનિકેટર UIP400MTP, આ VialTweeter, કપહોર્ન અને GDmini2 ફ્લો સોનિકેટર જંતુરહિત પરિસ્થિતિઓમાં નમૂનાઓની પ્રક્રિયા કરો.

સેલ લિસિસ માટે સોનિકેશનનો ઉપયોગ કરવાના ફાયદા

અન્ય સેલ લિસિસ અને નિષ્કર્ષણ પદ્ધતિઓની તુલનામાં, અલ્ટ્રાસોનિક સેલ લિસિસના ઘણા ફાયદા છે:

1. ઝડપ: અલ્ટ્રાસોનિક સેલ લિસિસ અને નિષ્કર્ષણ એ એક ઝડપી પદ્ધતિ છે જે સેકંડની બાબતમાં ખુલ્લા કોષોને તોડી શકે છે. આ એકરૂપીકરણ, ફ્રીઝ-પીગળવું અથવા મણકો-મિલીંગ જેવી અન્ય પદ્ધતિઓ કરતાં વધુ ઝડપી છે.
2. કાર્યક્ષમતા: અલ્ટ્રાસોનિક સેલ લિસિસ અને નિષ્કર્ષણનો ઉપયોગ નાના, મોટા અથવા બહુવિધ નમૂનાઓને એકસાથે સારવાર માટે કરી શકાય છે, જે તેને અન્ય પદ્ધતિઓ કરતાં વધુ કાર્યક્ષમ બનાવે છે જેમાં નાના નમૂનાઓની વ્યક્તિગત પ્રક્રિયાની જરૂર હોય છે.
3. કેમિકલ મુક્ત: અલ્ટ્રાસોનિક સેલ લિસિસ અને નિષ્કર્ષણ એ બિન-આક્રમક પદ્ધતિ છે જેને કઠોર રસાયણો અથવા ઉત્સેચકોના ઉપયોગની જરૂર નથી. આ તે એપ્લિકેશનો માટે આદર્શ બનાવે છે જ્યાં કોષની સામગ્રીની અખંડિતતા જાળવવાની જરૂર છે. નમૂનાઓના અનિચ્છનીય દૂષણને ટાળી શકાય છે.
4. ઉચ્ચ ઉપજ: અલ્ટ્રાસોનિક સેલ લિસિસ અને નિષ્કર્ષણ ડીએનએ, આરએનએ અને પ્રોટીન સહિત સેલ્યુલર સામગ્રીની ઉચ્ચ ઉપજ મેળવી શકે છે. આ એટલા માટે છે કારણ કે ઉચ્ચ-આવર્તન ધ્વનિ તરંગો કોષની દિવાલોને તોડે છે અને સમાવિષ્ટોને આસપાસના દ્રાવણમાં મુક્ત કરે છે.
5. તાપમાન નિયંત્રણ: અત્યાધુનિક અલ્ટ્રાસોન્સિએટર્સ નમૂનાના ચોક્કસ તાપમાન નિયંત્રણ માટે પરવાનગી આપે છે. Hielscher ડિજિટલ સોનિકેટર્સ પ્લગેબલ તાપમાન સેન્સર અને તાપમાન મોનિટરિંગ સોફ્ટવેરથી સજ્જ છે.
6. પુનઃઉત્પાદનક્ષમ: અલ્ટ્રાસોનિક સેલ લિસિસ માટેના પ્રોટોકોલ્સને સરળ રેખીય સ્કેલ-અપ દ્વારા સરળતાથી પુનઃઉત્પાદિત કરી શકાય છે અને તે પણ વિવિધ મોટા અથવા નાના નમૂના વોલ્યુમો સાથે મેળ ખાય છે.
7. બહુમુખી: અલ્ટ્રાસોનિક સેલ લિસિસ અને નિષ્કર્ષણનો ઉપયોગ બેક્ટેરિયા, યીસ્ટ, ફૂગ, છોડ અને સસ્તન પ્રાણીઓના કોષો સહિત વિશાળ શ્રેણીના કોષોને કાઢવા માટે થઈ શકે છે. તેનો ઉપયોગ પ્રોટીન, ડીએનએ, આરએનએ અને લિપિડ્સ સહિત વિવિધ પ્રકારના પરમાણુઓ કાઢવા માટે પણ થઈ શકે છે.
8. અસંખ્ય નમૂનાઓની એક સાથે તૈયારી: Hielscher Ultrasonics એ જ પ્રક્રિયાની શરતો હેઠળ અસંખ્ય નમૂનાઓને આરામથી પ્રક્રિયા કરવા માટે ઘણા ઉકેલો પ્રદાન કરે છે. આ લિસિસ અને નિષ્કર્ષણના નમૂનાની તૈયારીના પગલાને અત્યંત કાર્યક્ષમ અને સમય બચાવે છે.
9. વાપરવા માટે સરળ: અલ્ટ્રાસોનિક સેલ લિસિસ અને નિષ્કર્ષણ સાધનો વાપરવા માટે સરળ છે અને તેને ન્યૂનતમ તાલીમની જરૂર છે. સાધનસામગ્રી પણ આર્થિક છે કારણ કે તે એકલ રોકાણ છે જેમાં નિકાલની પુનઃખરીદીની જરૂર નથી. આ તેને સંશોધકો અને પ્રયોગશાળાઓની વિશાળ શ્રેણી માટે આકર્ષક બનાવે છે.

એકંદરે, અલ્ટ્રાસોનિક સેલ લિસિસ અને નિષ્કર્ષણ એ સેલ્યુલર સમાવિષ્ટો કાઢવા માટે ઝડપી, કાર્યક્ષમ, ચોક્કસ નિયંત્રણક્ષમ અને બહુમુખી પદ્ધતિ છે. વૈકલ્પિક પદ્ધતિઓ પરના તેના ફાયદા તેને સંશોધન અને ઔદ્યોગિક એપ્લિકેશનોની વિશાળ શ્રેણી માટે આકર્ષક પસંદગી બનાવે છે.

અલ્ટ્રાસોનિક સેલ લિસિસના કાર્યકારી સિદ્ધાંત

અલ્ટ્રાસોનિક સેલ લિસિસ અને નિષ્કર્ષણ કોષોને વિક્ષેપિત કરવા અને તેમની સામગ્રીને બહાર કાઢવા માટે ઉચ્ચ-આવર્તન ધ્વનિ તરંગોનો ઉપયોગ કરે છે. ધ્વનિ તરંગો આસપાસના પ્રવાહીમાં દબાણમાં ફેરફાર કરે છે, જેના કારણે નાના પરપોટા બને છે અને પોલાણ તરીકે ઓળખાતી પ્રક્રિયામાં તૂટી જાય છે. આ પરપોટા સ્થાનિક અત્યંત તીવ્ર યાંત્રિક દળો ઉત્પન્ન કરે છે જે ખુલ્લા કોષોને તોડી શકે છે અને તેમની સામગ્રીને આસપાસના દ્રાવણમાં મુક્ત કરી શકે છે.

અલ્ટ્રાસોનિકેટરનો ઉપયોગ કરીને સેલ લિસિસમાં સામાન્ય રીતે નીચેના પગલાં શામેલ હોય છે:

• નમૂનાને પ્રવાહી બફર સાથે ટ્યુબ અથવા કન્ટેનરમાં મૂકવામાં આવે છે.
• નમૂનામાં અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોબ દાખલ કરવામાં આવે છે, અને ઉચ્ચ-આવર્તન અવાજના તરંગો આશરે સાથે. 20-30 kHz લાગુ કરવામાં આવે છે.
• અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગો આસપાસના પ્રવાહીમાં ઓસિલેશન અને પોલાણનું કારણ બને છે, સ્થાનિક બળો ઉત્પન્ન કરે છે જે ખુલ્લા કોષોને તોડે છે અને તેમની સામગ્રીને મુક્ત કરે છે.
• કોઈપણ સેલ્યુલર કચરાને દૂર કરવા માટે નમૂનાને સેન્ટ્રીફ્યુજ કરવામાં આવે છે અથવા ફિલ્ટર કરવામાં આવે છે, અને કાઢવામાં આવેલી સામગ્રીને ડાઉનસ્ટ્રીમ વિશ્લેષણ માટે એકત્રિત કરવામાં આવે છે.

સામાન્ય લિસિસ પદ્ધતિઓના ગેરફાયદા

પ્રયોગશાળાઓમાં તમારા કામ દરમિયાન, તમે પરંપરાગત યાંત્રિક અથવા રાસાયણિક લિસિસ પ્રોટોકોલનો ઉપયોગ કરીને સેલ લિસિસની ઝંઝટનો અનુભવ કર્યો હશે.

• મિકેનિકલ લિસિસ: મિકેનિકલ લિસિસ પદ્ધતિઓ, જેમ કે મોર્ટાર અને પેસ્ટલ વડે ગ્રાઇન્ડીંગ અથવા ફ્રેન્ચ પ્રેસ, બીડ મિલ અથવા રોટર-સ્ટેટર સિસ્ટમનો ઉપયોગ કરીને એકરૂપીકરણમાં ઘણીવાર ચોક્કસ નિયંત્રણ અને ગોઠવણ વિકલ્પોનો અભાવ હોય છે. આનો અર્થ એ છે કે મિલિંગ અને ગ્રાઇન્ડીંગનો ઉપયોગ ઝડપથી ગરમી અને શીયર ફોર્સ પેદા કરી શકે છે જે નમૂના અને ડિનેચર પ્રોટીનને નુકસાન પહોંચાડી શકે છે. તેઓ સમય માંગી શકે છે અને મોટા પ્રમાણમાં પ્રારંભિક સામગ્રીની જરૂર પડી શકે છે.
• રાસાયણિક લિસિસ: રાસાયણિક લિસિસ પદ્ધતિઓ, જેમ કે ડિટરજન્ટ-આધારિત લિસિસ, લિપિડ બાયલેયરને વિક્ષેપિત કરીને અને પ્રોટીનને વિકૃત કરીને નમૂનાને નુકસાન પહોંચાડી શકે છે. તેઓને બહુવિધ પગલાઓની પણ જરૂર પડી શકે છે અને શેષ દૂષકો છોડી શકે છે જે ડાઉનસ્ટ્રીમ એપ્લિકેશન્સમાં દખલ કરે છે. ડીટરજન્ટની મહત્તમ માત્રા શોધવી એ એક વધારાનો પડકાર છે.
• ફ્રીઝ-થૉ ચક્ર: ફ્રીઝ-થો સાયકલ સેલ મેમ્બ્રેનને ફાટવાનું કારણ બની શકે છે, પરંતુ પુનરાવર્તિત ચક્ર પ્રોટીન ડિનેચરેશન અને ડિગ્રેડેશનનું કારણ પણ બની શકે છે. આ પદ્ધતિમાં બહુવિધ ચક્રની પણ જરૂર પડી શકે છે, જે સમય માંગી શકે છે અને ઘણી વખત ઓછી ઉપજમાં પરિણમે છે.
• એન્ઝાઇમેટિક લિસિસ: એન્ઝાઈમેટિક લિસિસ પદ્ધતિઓ ચોક્કસ કોષ પ્રકારો માટે વિશિષ્ટ હોઈ શકે છે અને તેને બહુવિધ પગલાંની જરૂર પડે છે, જે તેમને સમય માંગી લે છે. તેઓ કચરો પણ ઉત્પન્ન કરે છે અને નમૂનાના અધોગતિને ટાળવા માટે સાવચેતીપૂર્વક ઑપ્ટિમાઇઝેશનની જરૂર છે. એન્ઝાઈમેટિક લિસિસ કિટ્સ ઘણીવાર મોંઘા હોય છે. જો તમારી વર્તમાન એન્ઝાઇમેટિક લિસિસ પ્રક્રિયા અપૂરતા પરિણામો આપે છે, તો કોષના વિક્ષેપને વધુ તીવ્ર બનાવવા માટે સિનર્જિસ્ટિક પદ્ધતિ તરીકે સોનિકેશન લાગુ કરી શકાય છે.

પરંપરાગત યાંત્રિક અને રસાયણો સેલ લિસિસ પદ્ધતિઓથી વિપરીત, સોનિકેશન એ સેલ ડિસેન્ટિગ્રેશન માટે ખૂબ જ કાર્યક્ષમ અને વિશ્વસનીય સાધન છે જે સોનિકેશન પરિમાણો પર સંપૂર્ણ નિયંત્રણ માટે પરવાનગી આપે છે. આ સામગ્રી પ્રકાશન અને ઉત્પાદન શુદ્ધતા પર ઉચ્ચ પસંદગીની ખાતરી કરે છે. [cf. બાલાસુંદરમ એટ અલ., 2009]
તે તમામ પ્રકારના કોષો માટે યોગ્ય છે અને નાના અને મોટા પાયે સરળતાથી લાગુ પડે છે – હંમેશા નિયંત્રિત સ્થિતિમાં. અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ સાફ કરવા માટે સરળ છે. અલ્ટ્રાસોનિક હોમોજેનાઇઝર હંમેશા ક્લીન-ઇન-પ્લેસ (CIP) અને સ્ટરિલાઈઝ-ઈન-પ્લેસ (SIP) ફંક્શન ધરાવે છે. સોનોટ્રોડમાં વિશાળ ટાઇટેનિયમ હોર્ન હોય છે જેને પાણી અથવા દ્રાવકમાં લૂછી અથવા ફ્લશ કરી શકાય છે (કામના માધ્યમ પર આધાર રાખીને). અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સની જાળવણી તેમની મજબૂતતાને કારણે લગભગ ઉપેક્ષિત છે.

અલ્ટ્રાસોનિક લિસિસ અને સેલ વિક્ષેપ

સામાન્ય રીતે, પ્રયોગશાળામાં સેમ્પલના લિસિસમાં 15 સેકન્ડ અને 2 મિનિટનો સમય લાગશે. જેમ કે sonication ની તીવ્રતા કંપનવિસ્તાર દ્વારા sonication સમય સેટ કરીને તેમજ યોગ્ય સાધનો પસંદ કરીને સમાયોજિત કરવા માટે ખૂબ જ સરળ છે, સેલ મેમ્બ્રેનને ખૂબ નરમાશથી અથવા ખૂબ જ અચાનક વિક્ષેપિત કરવું શક્ય છે, કોષની રચના અને લિસિસના હેતુ પર આધાર રાખીને ( દા.ત. ડીએનએ નિષ્કર્ષણ માટે નરમ સોનિકેશનની જરૂર છે, બેક્ટેરિયાના સંપૂર્ણ પ્રોટીન નિષ્કર્ષણ માટે વધુ તીવ્ર અલ્ટ્રાસાઉન્ડ સારવારની જરૂર છે). પ્રક્રિયા દરમિયાનના તાપમાનને એકીકૃત તાપમાન સેન્સર દ્વારા મોનિટર કરી શકાય છે અને તેને ઠંડક દ્વારા સરળતાથી નિયંત્રિત કરી શકાય છે (બરફ સ્નાન અથવા કૂલિંગ જેકેટ્સ સાથે ફ્લો કોષો) અથવા પલ્સ્ડ મોડમાં સોનિકેશન દ્વારા. પલ્સ-મોડ સોનિકેશન દરમિયાન, 1-15 સેકન્ડની અવધિના ટૂંકા સોનિકેશન બર્સ્ટ ચક્ર લાંબા સમય સુધી તૂટક તૂટક સમયગાળા દરમિયાન ગરમીના વિસર્જન અને ઠંડક માટે પરવાનગી આપે છે.
તમામ અલ્ટ્રાસાઉન્ડ-સંચાલિત પ્રક્રિયાઓ સંપૂર્ણપણે પુનઃઉત્પાદનક્ષમ અને રેખીય રીતે માપી શકાય તેવી છે.

• સેલ સસ્પેન્શનની તૈયારી: સેલ પેલેટ્સને બફર સોલ્યુશનમાં એકરૂપતા દ્વારા સંપૂર્ણપણે સસ્પેન્ડ કરવું આવશ્યક છે (નીચેના વિશ્લેષણ સાથે સુસંગત તમારા બફર સોલ્યુશનને પસંદ કરો, દા.ત. ચોક્કસ ક્રોમેટોગ્રાફી પદ્ધતિ). જો જરૂરી હોય તો, લાઇસોઝાઇમ્સ અને/અથવા અન્ય ઉમેરણો ઉમેરો (તેઓ વિભાજન/શુદ્ધીકરણના માધ્યમ સાથે પણ સુસંગત હોવા જોઈએ). જ્યાં સુધી સંપૂર્ણ સસ્પેન્શન પ્રાપ્ત ન થાય ત્યાં સુધી હળવા સોનિકેશન હેઠળ સોલ્યુશનને હળવાશથી મિક્સ કરો/ એકરૂપ બનાવો.
  સોનિકેશન સાથે જોડાયેલા લાઇસોઝાઇમ્સના સિનર્જી વિશે વધુ વાંચો!
• અલ્ટ્રાસોનિક લિસિસ: નમૂનાને બરફના સ્નાનમાં મૂકો. સેલ વિક્ષેપ માટે, સસ્પેન્શનને 60-90 સેકન્ડના વિસ્ફોટ પર સોનિકેટ કરો (તમારા સોનિકેટરના પલ્સ મોડનો ઉપયોગ કરીને).
• વિભાજન: લિસેટને સેન્ટ્રીફ્યુજ કરો (દા.ત. 10 મિનિટ. 10,000 xg પર; 4degC પર). સેલ પેલેટમાંથી સુપરનેટન્ટને કાળજીપૂર્વક અલગ કરો. સુપરનેટન્ટ એ કુલ સેલ લિસેટ છે. સુપરનેટન્ટના ગાળણ પછી, તમે દ્રાવ્ય સેલ પ્રોટીનનું સ્પષ્ટ પ્રવાહી મેળવો છો.

 
બાયોલોજી અને બાયોટેકનોલોજીમાં અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ માટેની સૌથી સામાન્ય એપ્લિકેશનો છે:

• સેલ અર્ક તૈયારી
• ખમીર, બેક્ટેરિયા, છોડના કોષો, નરમ અથવા સખત કોષ પેશીઓ, ન્યુક્લિક સામગ્રીનું વિક્ષેપ
• પ્રોટીન નિષ્કર્ષણ
• ઉત્સેચકોની તૈયારી અને અલગતા
• એન્ટિજેન્સનું ઉત્પાદન
• DNA નિષ્કર્ષણ અને/અથવા લક્ષિત ફ્રેગમેન્ટેશન
• લિપોસોમ તૈયારી