סוניקציה לליזה של תאים: שיבוש ומיצוי תאים

ליזה של תאים אולטראסוניים היא הליך הכנת דגימות במעבדות ביוטכנולוגיה. המטרה היא לשבש את דפנות התא או תאים שלמים כדי לשחרר מולקולות ביולוגיות. סוניקציה משמשת בדרך כלל לליזה של תאים, שיבוש תאים וחילוץ. היתרון העיקרי של סוניקטורים עבור ליזה התא טמון בשליטה מדויקת של פרמטרים תהליך, כגון עוצמה וטמפרטורה, המאפשר שיבוש עדין אך יעיל של תאים וחילוץ.

ליזה סלולרית באמצעות אולטרסאונד

ליזה של תאים על-קוליים משתמשת בגלי קול בתדר גבוה כדי לשבור תאים פתוחים ולחלץ את תוכנם. סוניקציה מבוססת ואמינה לשיבוש תאים ומיצוי של חומר תוך תאי, כגון פלסמידים, בדיקות קולטנים, חלבונים, DNA ו- RNA. על ידי התאמת פרמטרים של תהליך, ניתן לכוונן בעדינות את העוצמה העל-קולית כדי לעמוד בדרישות יישום ספציפיות, החל מסוניק עדין ועד סוניקציה אינטנסיבית. השלבים הבאים כוללים שבירה, בידוד אברונים ומיצוי וטיהור חלבונים. יש להפריד את הליזט שנוצר לצורך חקירות או יישומים נוספים, כגון מחקר פרוטאומי.

אם ברצונך ללמוד עוד על סוניקציה לליזיס, שיבוש תאים וחילוץ, אנא צור איתנו קשר. הצוות הטכני שלנו ישמח לעבוד איתך על פרויקט הליזה התאית שלך.

יתרונות השימוש בסוניקציה לליזה של תאים

בהשוואה לשיטות אחרות של ליזה וחילוץ תאים, לליזה של תאים על-קוליים יש מספר יתרונות:

1. מהירות: ליזה וחילוץ תאים אולטראסוניים היא שיטה מהירה שיכולה לשבור תאים פתוחים תוך שניות. זה הרבה יותר מהר מאשר שיטות אחרות כגון הומוגניזציה, הקפאה-הפשרה או טחינת חרוזים.
2. יעילות: ניתן להשתמש בליזה ובמיצוי של תאים אולטראסוניים לטיפול בדגימות קטנות, גדולות או מרובות בבת אחת, מה שהופך אותו ליעיל יותר משיטות אחרות הדורשות עיבוד פרטני של דגימות קטנות.
3. ללא כימיקליםליזה ומיצוי תאים אולטראסוניים היא שיטה לא פולשנית שאינה דורשת שימוש בכימיקלים או אנזימים קשים.: זה הופך אותו לאידיאלי עבור יישומים שבהם יש לשמור על שלמות תוכן התא. זיהום לא רצוי של דגימות ניתן להימנע.
4. תשואה גבוהה: ליזה ומיצוי של תאים על-קוליים יכולים לחלץ תפוקה גבוהה של תוכן תאי, כולל DNA, RNA וחלבונים. הסיבה לכך היא שגלי הקול בתדר גבוה פורצים את דפנות התא ומשחררים את התוכן לתמיסה שמסביב.
5. בקרת טמפרטורה: אולטרה-סאונד מתוחכם מאפשר בקרת טמפרטורה מדויקת של הדגימה. הסוניקטורים הדיגיטליים של Hielscher מצוידים בחיישן טמפרטורה הניתן לחיבור ובתוכנת ניטור טמפרטורה.
6. ניתן לשחזור: פרוטוקולים לליזה של תאים על-קוליים ניתנים לשכפול בקלות ואפילו להתאמה לנפחי דגימה גדולים או קטנים יותר על ידי הרחבה ליניארית פשוטה.
7. רב-תכליתי: ניתן להשתמש בליזה ובמיצוי של תאים על-קוליים כדי לחלץ מגוון רחב של סוגי תאים, כולל חיידקים, שמרים, פטריות, תאי צמחים ויונקים. ניתן להשתמש בו גם כדי לחלץ סוגים שונים של מולקולות, כולל חלבונים, דנ"א, רנ"א ושומנים.
8. הכנה סימולטנית של דוגמאות רבות: Hielscher Ultrasonics מציעה מספר פתרונות כדי לעבד בנוחות דגימות רבות תחת אותם תנאי תהליך בדיוק. זה הופך את שלב הכנת הדגימה של ליזה ומיצוי יעיל מאוד וחוסך זמן.
9. קל לשימוש: ליזה תאים קוליים וציוד חילוץ קל לשימוש ודורש הכשרה מינימלית. הציוד הוא גם חסכוני שכן מדובר בהשקעה בודדת ללא דרישה לרכישה חוזרת של סילוקים. זה עושה את זה אטרקטיבי עבור מגוון רחב של חוקרים ומעבדות.

באופן כללי, ליזה וחילוץ תאים על-קוליים היא שיטה מהירה, יעילה, ניתנת לשליטה מדויקת ורב-תכליתית לחילוץ תוכן תאי. יתרונותיו על פני שיטות חלופיות הופכים אותו לבחירה אטרקטיבית עבור מגוון רחב של יישומי מחקר ותעשייה.

עקרון העבודה של ליזה תא קולי

ליזה וחילוץ תאים על-קוליים משתמשים בגלי קול בתדר גבוה כדי לשבש תאים ולחלץ את תוכנם. גלי הקול יוצרים שינויי לחץ בנוזל שמסביב, וגורמים לבועות קטנות להיווצר ולקרוס בתהליך המכונה קוויטציה. בועות אלה מייצרות כוחות מכניים מקומיים בעוצמה גבוהה שיכולים לשבור תאים פתוחים ולשחרר את תכולתם לתמיסה שמסביב.

ליזה של תאים באמצעות אולטרסאונד כוללת בדרך כלל את השלבים הבאים:

• הדגימה ממוקמת בצינור או במיכל עם חיץ נוזלי.
• בדיקה קולית מוכנסת לדגימה, וגלי קול בתדר גבוה עם כ. 20-30 קילוהרץ מוחלים.
• גלי האולטרסאונד גורמים לתנודה וקוויטציה בנוזל שמסביב, ויוצרים כוחות מקומיים השוברים תאים פתוחים ומשחררים את תכולתם.
• הדגימה עוברת צנטריפוגה או סינון כדי להסיר פסולת תאית, והתכולה שחולצה נאספת לניתוח במורד הזרם.

גלי אולטרסאונד חזקים משבשים את מטריצת התא של מבנים ביולוגיים ומשחררים את התרכובות הביו-אקטיביות. העברת המסה בין החומר הצמחי לבין הממס (למשל, חיץ) מוגברת. (גרפיקה: ©Vilkhu et al., 2006)

חסרונות של שיטות ליזה נפוצות

במהלך עבודתך במעבדות, ייתכן שכבר חווית את הטרחה של ליזה של תאים באמצעות פרוטוקולי ליזה מכניים או כימיים מסורתיים.

• ליזה מכנית: שיטות ליזה מכניות, כגון השחזה עם טיט ופשט או הומוגניזציה באמצעות מכבש צרפתי, טחנת חרוזים, או מערכת רוטור-סטטור לעתים קרובות חסרות אפשרויות בקרה והתאמה מדויקות. משמעות הדבר היא שהשימוש בטחינה וטחינה יכול לייצר במהירות כוחות חום וגזירה שיכולים לפגוע בדגימה ולנטרל חלבונים. הם יכולים גם לגזול זמן רב ודורשים כמויות גדולות של חומר התחלתי.
• ליזה כימית: שיטות ליזה כימיות, כגון ליזה מבוססת דטרגנט, יכולות להזיק לדגימה על ידי שיבוש דו-שכבתי השומנים וחלבוני דנטורציה. הם יכולים גם לדרוש שלבים מרובים ועשויים להשאיר מזהמים שיוריים המפריעים ליישומים במורד הזרם. מציאת המינון האופטימלי של חומר ניקוי היא אתגר נוסף.
• מחזורי הקפאה-הפשרה: מחזורי הקפאה-הפשרה עלולים לגרום לקרומי התאים להיקרע, אך מחזורים חוזרים ונשנים יכולים גם לגרום לדנטורציה ופירוק חלבונים. שיטה זו יכולה גם לדרוש מחזורים מרובים, אשר יכול להיות זמן רב ולעתים קרובות מביא יבולים נמוכים יותר.
• ליזה אנזימטית: שיטות ליזה אנזימטיות יכולות להיות ספציפיות לסוגי תאים מסוימים ודורשות שלבים מרובים, מה שהופך אותן לגוזלות זמן. הם גם מייצרים פסולת ודורשים אופטימיזציה זהירה כדי למנוע השפלה של המדגם. ערכות ליזה אנזימטיות הן לעתים קרובות יקרות. אם הליך הליזה האנזימטי הנוכחי שלך אינו נותן תוצאות מספיקות, ניתן ליישם סוניקציה כשיטה סינרגטית כדי להגביר את שיבוש התא.

בניגוד לשיטות מכניות וכימיות קונבנציונליות של ליזה תאית, סוניקציה היא כלי יעיל ואמין מאוד להתפוררות תאים המאפשר שליטה מלאה על פרמטרי הסוניקציה. זה מבטיח סלקטיביות גבוהה על שחרור חומרים וטוהר המוצר. [ראה: Balasundaram et al., 2009]
הוא מתאים לכל סוגי התאים וניתן ליישם אותו בקלות בקנה מידה קטן וגדול – תמיד בתנאים מבוקרים. Ultrasonicators קל לנקות. הומוגנייזר על-קולי כולל תמיד פונקציית ניקוי במקום (CIP) וסטריליזה במקום (SIP). הסונוטרוד מורכב מקרן טיטניום מסיבית אשר ניתן לנגב או לשטוף במים או ממס (בהתאם למדיום העבודה). תחזוקה של ultrasonicators הוא בשל החוסן שלהם כמעט הזניח.

ליזה קולית ושיבוש תאים

בדרך כלל, ליזה של דגימות במעבדה ייקח בין 15 שניות ל 2 דקות. מכיוון שקל מאוד לכוונן את עוצמת הסוניקציה על ידי קביעת זמן סוניקציה על ידי משרעת וכן על ידי בחירת הציוד הנכון, ניתן לשבש את קרום התא בעדינות רבה או בפתאומיות רבה, בהתאם למבנה התא ולמטרה של ליזה (למשל, מיצוי DNA דורש סוניקציה רכה יותר, מיצוי חלבון מלא של חיידקים דורש טיפול אולטרסאונד אינטנסיבי יותר). הטמפרטורה במהלך התהליך ניתנת לניטור על ידי חיישן טמפרטורה משולב וניתן לשלוט בה בקלות על ידי קירור (אמבט קרח או תאי זרימה עם מעילי קירור) או על ידי סוניקציה במצב פולסים. במהלך סוניקציה במצב פולס, מחזורי פרץ סוניקציה קצרים של 1-15 שניות מאפשרים פיזור חום וקירור בפרקי זמן ארוכים יותר לסירוגין.
כל התהליכים המונעים על ידי אולטרסאונד ניתנים לשחזור לחלוטין וניתנים להרחבה ליניארית.

הומוגנייזרים קוליים עבור ליזה התא מיצוי

סוגים שונים של מכשירים על-קוליים מאפשרים להתאים את מטרת הכנת הדגימה ולהבטיח ידידותיות למשתמש ונוחות תפעול. אולטרסאונד מסוג בדיקה הם המכשירים הנפוצים ביותר במעבדה. הם מתאימים ביותר להכנת דגימות קטנות ובינוניות עם נפחים של 0.1 מ"ל עד 1000 מ"ל. גדלים שונים כוח sonotrodes מאפשרים להתאים את ultrasonicator נפח הדגימה ואת הכלי לקבלת תוצאות sonicating יעיל ויעיל ביותר. מכשיר הבדיקה קולי הוא הבחירה הטובה ביותר כאשר דגימות בודדות צריך להיות מוכן.

אם יש להכין דגימות נוספות, למשל 8-10 בקבוקונים של תמיסת תאים, סוניקציה עקיפה אינטנסיבית עם מערכות על-קוליות כגון VialTweeter או cuphorn קולי הם שיטת ההומוגניזציה המתאימה ביותר לליזה יעילה. מספר בקבוקונים מופעלים בו זמנית, באותה עוצמה. זה חוסך לא רק זמן, אלא גם מבטיח את אותו טיפול של כל הדגימות, מה שהופך את התוצאות בין הדגימות אמין השוואה. יתר על כן, במהלך סוניקציה עקיפה זיהום צולב על ידי טבילת סונוטרודה קולית (הידוע גם בשם בדיקה קולית, קרן, קצה, או אצבע) נמנע. מכיוון שנעשה שימוש בבקבוקונים מותאמים לגודל הדגימה בנפרד, ניקוי גוזל זמן ואובדן דגימה עקב פירוק כלי דם מושמטים. עבור סוניקציה אחידה של לוחות multiwell או microtiter, Hielscher מציעה את UIP400MTP.
עבור נפחים גדולים יותר, למשל לייצור מסחרי של תמציות תאים, מערכות על-קוליות רציפות עם כור תאי זרימה הן המתאימות ביותר. זרימה רציפה ואחידה של החומר המעובד מבטיחה סוניקציה אחידה. כל הפרמטרים של תהליך ההתפוררות הקולי יכולים להיות אופטימליים ומותאמים לדרישות היישום וחומר התא הספציפי.
 
 
הליך מופתי עבור שקר קולי של תאים חיידקיים:

• הכנת מתלה התא: כדורי התא חייבים להיות תלויים לחלוטין בתמיסת חיץ על ידי הומוגניזציה (בחר את פתרון החיץ שלך התואם לניתוח הבא, למשל שיטת כרומטוגרפיה ספציפית). להוסיף ליזואנזים ו/או תוספים אחרים, במידת הצורך (עליהם להתאים גם לאמצעי הפרדה/טיהור). מערבבים/הומוגניים את התמיסה בעדינות תחת סוניקציה עדינה עד לקבלת מתלה מלא.
• ליזה קולית: הניחו את הדגימה באמבט קרח. להפרעה בתאים, הפעל את המתלים בהתפרצויות של 60-90 שניות (באמצעות מצב פולס של הסוניקטור).
• הפרדה: צנטריפוגה של הליזט (למשל 10 דקות ב-10,000 x גרם; ב-4 מעלות צלזיוס). הפרידו בזהירות את הסופרנאטנט מכדורית התא. הסופרנאטנט הוא סך כל התא ליזט. לאחר סינון של supernatant, אתה מקבל נוזל מזוהר של חלבון התא המסיס.

 
היישומים הנפוצים ביותר עבור ultrasonicators בביולוגיה וביוטכנולוגיה הם:

• הכנת תמצית תאים
• הפרעה של שמרים, חיידקים, תאי צמחים, רקמת תאים רכים או קשים, חומר גרעין
• מיצוי חלבונים
• הכנה ובידוד של אנזימים
• ייצור אנטיגנים
• מיצוי DNA ו/או פיצול ממוקד
• הכנת ליפוזומים