超音波による細胞剥離
超音波による細胞剥離は、細胞生物学やバイオテクノロジーのさまざまな分野で使用される、極めて効果的で信頼性の高いサンプル調製技術です。マルチウェルプレート用超音波処理装置UIP400MTPは、超音波を用いて接着細胞を培養表面から剥離し、後続の用途に使用する細胞懸濁液を調製します。超音波処理には、従来の酵素的、化学的、機械的な剥離技術に比べていくつもの利点があり、研究者にとって有用な手段となっています。
超音波による細胞剥離の原理
超音波による細胞剥離は、強力超音波を用いて、細胞とその接着先の基質との相互作用を断ち切る技術です。超音波は培地中に微小気泡、音響キャビテーション、振動を生じさせ、細胞を穏やかに、かつ効果的に剥離する機械的な力を発生させます。このプロセスには通常、マルチウェルプレート用の非接触型超音波処理装置UIP400MTPが使用されます。
非接触型超音波処理装置UIP400MTP による細胞剥離
接着細胞の培養では、細胞の剥離が極めて重要です。最も一般的に使用される技術はトリプシン処理ですが、細胞膜や細胞外マトリックスを損傷し、細胞の生存率を低下させる可能性があります。細胞培養の効率を向上させるには、この損傷を最小限に抑えることが重要です。超音波による細胞剥離は、酵素を使用しない、極めて効果的で信頼性の高い技術です。そのため、マイクロプレート用超音波処理装置UIP400MTPは、酵素を用いた細胞剥離に代わる優れた選択肢となります。超音波処理は無血清培地中で音響キャビテーションと撹拌を生じさせ、細胞を傷つけることなく穏やかに剥離します。
超音波による細胞剥離と従来技術の比較
| 利点 | 超音波による剥離 | 酵素による剥離 | 化学的剥離 |
|---|---|---|---|
| 細胞生存率 | 高い | 中程度 | 条件によって異なる |
| 速度 | 迅速（分単位） | 中程度（分–時間単位） | 条件によって異なる（分–時間単位） |
| 表面マーカーの保持 | 優れている | 変化する可能性がある | 変化する可能性がある |
| スケーラビリティ | 高い | 中程度 | 条件によって異なる |
| 残留物がない | はい | いいえ（酵素の残留物） | 条件によって異なる（化学物質の残留物） |
| 設備費用 | 一度限りの投資、専用の使い捨て消耗品は不要、継続的な費用は発生しない | 継続的な費用が発生する | 継続的な費用が発生する |
| 最適化の容易さ | 容易 | 容易 | 条件によって異なる |
マルチウェルプレート用超音波処理装置UIP400MTPは、細胞剥離などのハイスループットなサンプル調製に多くの利点をもたらします。
以下に、マルチウェルプレート用超音波処理装置UIP400MTPを用いた細胞剥離の手順例を示します。
超音波による細胞剥離に必要な機器と材料
- マルチウェルプレート用非接触型超音波処理装置UIP400MTP： このハイスループットな超音波処理装置が主要な機器です。プレート用超音波処理装置UIP400MTPは、あらゆる標準的なマルチウェルプレートとマイクロタイタープレート、およびペトリ皿に適しています。超音波は、細胞剥離に必要な機械的エネルギーを供給します。
- 細胞培養プレートまたはペトリ皿： 接着細胞の培養に使用する標準的な容器です。
- 培地： 細胞の増殖と維持に用いる液体培地です。
- 滅菌PBS（リン酸緩衝生理食塩水）： 剥離前の細胞洗浄に使用します。
- 回収用チューブ： 剥離した細胞の懸濁液を回収するために使用します。
プレート用超音波処理装置UIP400MTPを用いた超音波剥離のプロトコル
- 準備
– 汚染を防ぐため、すべての機器が清潔で滅菌されていることを確認します。
– 培地とPBSを適切な温度（通常37°C）に予温します。 - 細胞の洗浄
– 細胞培養フラスコまたはプレートから培地を吸引して除去します。
– 滅菌PBSで細胞を穏やかに洗浄し、残留培地と剥離した細胞を除去します。 - 超音波処理
– 細胞単層を覆うように、少量のPBSまたは新しい培地をフラスコまたはプレートに加えます。
– ペトリ皿またはプレートを超音波処理装置UIP400MTPにセットします。
– 細胞の種類と接着の強さに応じて、指定した時間だけ超音波処理を行います。通常、処理時間は数秒–数分です。 - 細胞懸濁液の回収
– 超音波処理後、顕微鏡で細胞を観察し、剥離を確認します。
– 細胞懸濁液を穏やかにピペッティングして、剥離した細胞を回収します。
– 懸濁液を回収用チューブに移します。 - 剥離後の処理
– 必要に応じて細胞懸濁液を遠心分離し、細胞を濃縮します。
– 後続の用途に使用するため、細胞を新しい培地または緩衝液に再懸濁します。
注意事項： 細胞の損傷を避けるため、細胞の種類ごとにパラメーター（超音波処理時間や強度など）を最適化する必要があります。一部の繊細な細胞種は超音波処理に対する感受性がより高い可能性があるため、慎重な最適化が必要です。
超音波による細胞剥離の実用的な用途
超音波による細胞剥離は、さまざまな研究および臨床の現場で使用されています：
- フローサイトメトリー： 分析用の単一細胞懸濁液を調製します。
- 細胞計数と生存率アッセイ： 正確な計数と生存率の評価のために細胞を剥離します。
- 継代培養： 細胞をある培養容器から別の培養容器へ移します。
- 分子生物学実験： DNA、RNA、タンパク質の抽出のために細胞を単離します。
ASTM E2799プロトコルなどのバイオフィルムアッセイで、96ウェルプレート用超音波処理装置UIP400MTPがバイオフィルムの剥離にどのように使用されるか、こちらをご覧ください！
細胞スクレーピングを、マイクロプレート用超音波処理装置UIP400MTPによる細胞剥離に置き換えるべき理由は何ですか？
細胞スクレーピングを、マイクロプレート用超音波処理装置UIP400MTPを用いた細胞剥離に置き換えると、研究者にいくつもの利点をもたらします。手作業のスクレーピングとは異なり、UIP400MTPによる精密に制御可能な超音波処理は、一貫した穏やかな細胞剥離を確実に行い、機械的損傷を最小限に抑え、細胞生存率を維持します。UIP400MTPでは超音波処理のパラメーターを精密に制御できるため、すべてのウェルを均一に処理し、サンプル間のばらつきをなくすことができます。この方法は、より迅速で効率的であり、規模の拡大にも対応できるため、再現性と繊細な培養細胞の完全性を維持しながら行うハイスループットな用途に最適です。 比較研究はこちらをご覧ください！
96ウェルプレート用超音波処理装置UIP400MTP によるマイクロタイタープレートとマルチウェルプレートの超音波処理
96ウェルプレート用超音波処理装置UIP400MTP：超音波を伝達する液体がすべてのウェルを取り囲み、各サンプルに均一な超音波処理を施します
超音波による細胞剥離に用いられる一般的な細胞種
- 線維芽細胞：
組織工学や創傷治癒の研究で一般的に使用されます。
継代や実験のために剥離が必要な接着細胞です。 - 上皮細胞：
組織バリアの研究、がん研究、薬剤試験に使用されます。
分析や継代培養のために剥離が必要です。 - 内皮細胞：
血管研究や血管新生の研究に重要です。
in vitroアッセイのために剥離が必要な接着細胞です。 - 幹細胞：
間葉系幹細胞や人工多能性幹細胞を含みます。
生存率と多能性を維持するため、穏やかな剥離方法が必要です。 - がん細胞株：
がん研究や医薬品開発で広く使用されます。
実験操作のために定期的な剥離が必要な接着細胞です。 - 肝細胞：
肝機能の研究や薬物代謝の研究に使用されます。
in vitroモデルやアッセイのために剥離が必要です。 - ケラチノサイト：
表皮の主要な細胞種であり、皮膚研究、創傷治癒研究、化粧品試験で一般的に使用されます。
他の接着細胞と同様に、ケラチノサイトは培養フラスコやプレートの表面に接着して増殖するため、継代、分析、継代培養などのさまざまな実験手順では剥離する必要があります。 - マクロファージ：
in vitroで培養する場合、剥離が必要になることがよくあります。
マクロファージは接着細胞であり、通常、培養フラスコやプレートの表面に接着します。分析、継代培養、実験などの後続の用途に使用するために回収するには、培養表面から剥離する必要があります。
文献 / 参考資料
- FactSheet UIP400MTP Multi-well Plate Sonicator – Non-Contact Sonicator – Hielscher Ultrasonics
- Lauren E. Cruchley-Fuge, Martin R. Jones, Ossama Edbali, Gavin R. Lloyd, Ralf J. M. Weber, Andrew D. Southam, Mark R. Viant (2024): Automated extraction of adherent cell lines from 24-well and 96-well plates for multi-omics analysis using the Hielscher UIP400MTP sonicator and Beckman Coulter i7 liquid handling workstation. Metabomeeting 2024, University of Liverpool, 26-28th November 2024.
- UIP400MTP-Multi-well-Plate-Sonicator-Infographic
- De Oliveira A, Cataneli Pereira V, Pinheiro L, Moraes Riboli DF, Benini Martins K, Ribeiro de Souza da Cunha MDL (2016): Antimicrobial Resistance Profile of Planktonic and Biofilm Cells of Staphylococcus aureus and Coagulase-Negative Staphylococci. International Journal of Molecular Sciences 17(9):1423; 2016.
- Martins KB, Ferreira AM, Pereira VC, Pinheiro L, Oliveira A, Cunha MLRS (2019): In vitro Effects of Antimicrobial Agents on Planktonic and Biofilm Forms of Staphylococcus saprophyticus Isolated From Patients With Urinary Tract Infections. Frontiers in Microbiology 2019.
知っておきたい知識
細胞剥離とは何ですか？
細胞剥離とは、接着細胞を培養容器の表面から分離するプロセスであり、細胞の回収と、その後の実験手順や分析に向けた調製を可能にします。これは、酵素的、化学的、機械的、または超音波を用いた方法で行うことができます。
細胞解離とは何ですか？
細胞解離とは、細胞凝集塊や組織を、個々の生存可能な細胞に分離するプロセスです。酵素的、機械的（超音波処理など）、または化学的な方法を用いて、細胞外マトリックスと細胞間接着を破壊することで行います。細胞解離は、初代細胞培養、単一細胞解析、実験や治療用途に使用する細胞懸濁液の調製など、さまざまな用途に不可欠です。
接着細胞培養とバイオフィルムの違いは何ですか？
接着細胞培養とは、管理された実験室環境で基質に接着する細胞（通常は真核細胞）を、培地を通じて供給される栄養素に依存して増殖させることを指します。一方、バイオフィルムは、表面に付着し、細胞外マトリックスに包まれた、自然に形成される複雑な微生物群集であり、その細胞は集団的行動、化学的勾配、外部ストレスに対する高い耐性を示します。接着細胞培養は人工的で研究目的に使用されるのに対し、バイオフィルムは自然環境や人工環境に存在する動的な生態系です。
UIP400MTPによる超音波処理は、接着細胞やバイオフィルムを剥離するための、酵素を使用しない極めて効率的な技術です。 マルチウェルプレート用超音波処理装置UIP400MTPを用いて、マイクロプレートやペトリ皿からバイオフィルムを剥離する利点について、詳しくご覧ください！
超音波による細胞剥離の利点は何ですか？
- 細胞に穏やか： 超音波による剥離は、酵素を用いた方法（トリプシン処理など）や機械的スクレーピングに比べて細胞への負担が少なく、細胞生存率と表面マーカーを維持します。
- 迅速で効率的： このプロセスは迅速で、多くの場合わずか数分で完了し、大きな培養表面からでも効率的に細胞を剥離できます。
- スケーラビリティ： 小規模な実験室での用途にも、より大規模なバイオテクノロジープロセスにも適しています。
- 酵素の残留物がない： 酵素を不要にすることで、細胞表面タンパク質を変化させたり、汚染物質を持ち込んだりするリスクを低減します。