溶解のための超音波処理:細胞破壊および抽出

細胞の崩壊または溶解は、バイオテクノロジーラボでの毎日のサンプル調製の一般的な部分です。溶解の目的は、細胞壁の一部または細胞全体を破壊して生体分子を放出することです。超音波ホモジナイザーは、成功した細胞溶解のために広く使用されています。洗練された超音波装置の主な利点は、強度や温度などのプロセスパラメータを正確に制御することで、穏やかでありながら非常に効率的な細胞破壊と抽出を可能にします。

超音波を用いた細胞溶解

UP200Stなどのプローブ型超音波装置は、信頼性の高い組織ホモジナイザーであり、遺伝学におけるサンプル調製、例えば超音波処理支援アグロバクテリウム媒介形質転換(SAAT)に広く使用されています。超音波細胞溶解および抽出は、連続気泡を破壊し、高周波音波、すなわち超音波を使用して内容物を抽出するために使用される方法です。超音波処理は、細胞破壊および細胞内物質の抽出の確立された信頼性の高い方法として広く使用されている溶解技術です。超音波溶解は、例えばプラスミド、受容体アッセイ、タンパク質、DNA、RNAなどを含む溶解液を調製するための信頼性の高い技術です。超音波強度は、プロセスパラメータを調整することによって平準化することができるので、非常に柔らかいから強烈な最適な超音波処理強度は、特定のアプリケーション要件を満たすために各物質と媒体のために個別に設定することができます。溶解の次のステップは、分画、オルガネラ単離、またはタンパク質の抽出と精製です。抽出された材料(=ライセート)は分離する必要があり、プロテオミクス研究など、さらなる調査またはアプリケーションの対象となります。

サンプル調製(均質化、溶解、抽出)のための超音波ラボディスメムブラターUP100HおよびUP400St。

超音波ホモジナイザーUP100H(100ワット) そして UP400St (400 ワット) 溶解や抽出などのサンプル調製用。

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他の細胞溶解および抽出方法と比較して、超音波細胞溶解にはいくつかの利点があります。

  1. 速度: 超音波細胞溶解および抽出は、ほんの数秒で開いた細胞を破壊することができる高速方法です。これは、均質化、凍結融解、ビーズ粉砕などの他の方法よりもはるかに高速です。
  2. 効率: 超音波細胞溶解および抽出は、小さなサンプルの個々の処理を必要とする他の方法よりも効率的になり、一度に小さな、大きなまたは複数のサンプルを処理するために使用することができます。
  3. ケミカルフリー:超音波細胞溶解および抽出は、過酷な化学物質または酵素の使用を必要としない非侵襲的な方法です。これにより、セル内容物の完全性を維持する必要があるアプリケーションに最適です。サンプルの不要な汚染を回避できます。
  4. 高収率: 超音波細胞溶解および抽出は、DNA、RNA、およびタンパク質を含む細胞内容物の高収率を抽出することができます。これは、高周波音波が細胞壁を壊して開き、内容物を周囲の溶液に放出するためです。
  5. 温度管理: 洗練された超音波装置は、サンプルの正確な温度制御を可能にします。ヒールシャーデジタル超音波処理器は、プラグ可能な温度センサーと温度監視ソフトウェアが装備されています。
  6. 再現: 超音波細胞溶解のためのプロトコルは、簡単に再現することができ、単純な線形スケールアップによって異なるより大きなまたはより小さなサンプル量に一致させることもできます。
  7. リバ: 超音波細胞溶解および抽出は、細菌、酵母、真菌、植物および哺乳類細胞を含む細胞タイプの広い範囲を抽出するために使用することができる。また、タンパク質、DNA、RNA、脂質など、さまざまな種類の分子を抽出するためにも使用できます。
  8. 多数のサンプルの同時調製: ヒールシャー超音波は、快適に正確に同じプロセス条件下で多数のサンプルを処理するためのいくつかのソリューションを提供しています。これにより、溶解および抽出のサンプル調製ステップが非常に効率的で時間を節約できます。
  9. 使いやすい: 超音波細胞溶解および抽出装置は使いやすく、最小限のトレーニングを必要とします。この装置は、処分の再購入を必要としない単一の投資であるため、経済的でもあります。これは、幅広い研究者や研究室にとって魅力的です。

全体として、超音波細胞溶解および抽出は、細胞内容物を抽出するための高速、効率的、正確に制御可能、および汎用性の高い方法です。代替方法に対するその利点は、幅広い研究および産業用途にとって魅力的な選択肢となっています。

超音波細胞溶解の動作原理

超音波細胞溶解および抽出は、細胞を破壊し、その内容を抽出するために高周波音波を使用します。音波は周囲の液体に圧力変化を引き起こし、キャビテーションと呼ばれるプロセスで小さな気泡が形成されて崩壊します。これらの気泡は、局所的な非常に強い機械的力を生成し、オープンセルを破壊し、その内容物を周囲の溶液に放出する可能性があります。

超音波装置を使用した細胞溶解は、一般的に以下のステップを含む:

  • サンプルを液体緩衝液と共にチューブまたは容器に入れる。
  • 超音波プローブをサンプルに挿入し、約20〜30kHzの高周波音波を印加します。
  • 超音波は周囲の液体に振動とキャビテーションを引き起こし、開いた細胞を破壊してその内容物を放出する局所的な力を生成します。
  • サンプルを遠心分離またはろ過して細胞の破片を除去し、抽出された内容物をダウンストリーム分析のために収集します。
超音波抽出は、細胞構造を破壊し、大量移動を促進することによって動作します

強力な超音波は、生物学的構造の細胞マトリックスを破壊し、生理活性化合物を放出します。植物材料と溶媒(例えば緩衝液)との間の物質移動が強まる。(グラフィック:©ビルフら、2006年)

このビデオクリップは、ヒールシャー超音波ホモジナイザーUP100H、実験室でのサンプル調製に広く使用されている超音波装置を示しています。

超音波ホモジナイザー UP100H

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一般的な溶解方法の欠点

実験室での作業中に、従来の機械的または化学的溶解プロトコルを使用した細胞溶解の煩わしさをすでに経験しているかもしれません。

  • 機械的溶解: 乳鉢や乳棒による粉砕や、フレンチプレス、ビーズミル、ローターステーターシステムを使用した均質化などの機械的溶解方法には、精密な制御と調整のオプションがないことがよくあります。これは、粉砕と研削の使用がすぐに熱とせん断力を生成し、サンプルに損傷を与え、タンパク質を変性させる可能性があることを意味します。また、時間がかかり、大量の出発物質を必要とすることもあります。
  • 化学溶解: 界面活性剤ベースの溶解などの化学溶解法は、脂質二重層を破壊し、タンパク質を変性させることによってサンプルを損傷する可能性があります。また、複数のステップが必要になる可能性があり、下流のアプリケーションに干渉する残留汚染物質が残る可能性があります。洗剤の最適な投与量を見つけることは、追加の課題です。
  • 凍結融解サイクル: 凍結融解サイクルは細胞膜を破裂させる可能性がありますが、サイクルを繰り返すとタンパク質の変性と分解を引き起こす可能性もあります。この方法では複数のサイクルが必要になる場合もあり、時間がかかり、多くの場合、歩留まりが低下します。
  • 酵素溶解: 酵素溶解法は、特定の細胞タイプに特異的であり、複数のステップを必要とするため、時間がかかります。また、廃棄物が発生し、サンプルの劣化を避けるために慎重な最適化が必要です。酵素溶解キットはしばしば高価です。あなたの現在の酵素溶解手順が不十分な結果を与える場合、相乗的な方法としての超音波処理は、細胞破壊を強化するために適用することができます。

従来の機械的および化学的細胞溶解方法とは対照的に、超音波処理は、超音波処理パラメータの完全な制御を可能にする細胞崩壊のための非常に効率的で信頼性の高いツールです。これにより、材料の放出と製品の純度に対する高い選択性が保証されます。[cf. バラスンダラムら, 2009]
すべての細胞タイプに適しており、小規模および大規模に簡単に適用できます – 常に制御された条件下で。超音波処理器は掃除が簡単です。超音波ホモジナイザーは、常に定置洗浄(CIP)および定置滅菌(SIP)機能を備えています。ソノトロードは、水または溶剤(作動媒体に応じて)で拭いたり洗い流したりすることができる巨大なチタンホーンで構成されています。超音波装置のメンテナンスは、ほとんど無視できる堅牢性によるものです。

 

このチュートリアルでは、溶解、細胞破壊、タンパク質単離、実験室でのDNAおよびRNA断片化、分析、研究などのサンプル調製タスクに最適な超音波処理器のタイプについて説明します。アプリケーション、サンプル量、サンプル数、スループットに最適な超音波処理器タイプを選択してください。ヒールシャー超音波はあなたのための理想的な超音波ホモジナイザーを持っています!

科学と分析における細胞破壊とタンパク質抽出のための完璧な超音波処理器を見つける方法

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超音波リシスと細胞破壊

一般に、実験室でのサンプルの溶解には15秒〜2分かかります。超音波処理の強度は、超音波処理時間を設定するだけでなく適切な装置を選択することによって調整するのが非常に容易であるため、細胞構造および溶解の目的に応じて、細胞膜を非常に緩やかにまたは非常に急激に破壊することが可能である例えば、DNA抽出はより軟質の超音波処理を必要とし、細菌の完全なタンパク質抽出はより強力な超音波処理を必要とする)。プロセス中の温度は内蔵温度センサーで監視することができ、冷却(氷浴または冷却ジャケット付きフローセル)またはパルスモードでの超音波処理によって容易に制御できます。パルスモード超音波処理の間、1〜15秒の持続時間の短い超音波破裂サイクルは、より長い断続期間中の放熱および冷却を可能にする。
すべての超音波駆動型のプロセスは完全に再現性と直線的にスケーラブルです。

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VialTweeterは、無菌条件下で信頼性の高いサンプル均質化を可能にするマルチサンプルウルトラオニケーターです。

バイアルツイーター 多数のサンプルの同時、均一かつ迅速な滅菌調製のための超音波ホモジナイザーです。

細胞溶解および抽出のための超音波ホモジナイザー

様々なタイプの超音波装置は、サンプル調製目標に一致させ、使いやすさと操作の快適さを保証することを可能にする。プローブ型超音波処理器は、ラボで最も一般的なデバイスです。0.1mLから1000mLまでの中小規模のサンプルの調製に最適です。異なる電力サイズとソノトロードは、最も効果的かつ効率的な超音波処理結果を得るために、サンプル量と容器に超音波処理器を適応させることができます。超音波プローブデバイスは、単一のサンプルを準備する必要がある場合に最適です。

より多くのサンプルを調製する必要がある場合、例えば細胞溶液の8〜10バイアル、VialTweeterや超音波カップホーンなどの超音波システムによる強烈な間接超音波処理は、効率的な溶解のための最も適した均質化方法です。いくつかのバイアルは、同時に、同じ強度で超音波処理されます。これにより、時間を節約できるだけでなく、すべてのサンプルの同じ処理が保証され、サンプル間の結果が信頼性が高く、比較可能になります。さらに、超音波超音波処理中に超音波ソノトロード(超音波プローブ、ホーン、チップ、または指としても知られている)を浸漬することによる交差汚染が回避される。サンプルサイズに合わせて個別にバイアルを使用するため、時間のかかるクリーンアップや容器のデカンテーションによるサンプル損失が省略されます。マルチウェルまたはマイクロタイタープレートの均一な超音波処理のために、ヒールシャーはUIP400MTPを提供しています。
高いボリュームの場合、例えば細胞抽出物の商業的生産のために、フローセルリアクターに連続超音波システムが最も適しています。連続して処理された材料の均一な流れは、さらに超音波処理を保証します。超音波破砕プロセスのすべてのパラメータが最適化されたアプリケーションおよび特定の細胞材料の要件に調整することができます。
 
 
細菌細胞の超音波溶解するための代表的な手順:

  • 細胞懸濁液の調製:細胞ペレットを完全に(以下の分析、例えば、特定のクロマトグラフィー法を使用して緩衝液を互換選択)均質化緩衝液に懸濁されなければなりません。必要に応じて(彼らはまた、分離/精製手段と互換性がなければならない)、リゾチームおよび/または他の添加剤を追加します。 /ミックス完全な懸濁液が得られるまで穏やかな音波処理下で穏やかに溶液を均一。
  • 超音波溶解:氷浴中に試料を置きます。細胞破壊のために、(自分の超音波装置のパルスモードを使用して)60〜90秒のバーストでサスペンションを超音波処理します。
  • 分離:遠心ライセート(例えば10分間10,000×gで、4degCで。)。慎重に細胞ペレットから上清を分離します。上清は、全細胞溶解物です。上澄みをろ過した後、あなたは、可溶性細胞タンパク質の明確化流体を得ます。

 

ビデオは高強度の超音波を使用して任意の標準的なマルチウェルプレートの信頼できるサンプルの準備を可能にする超音波サンプル調製システムUIP400MTPを示しています。UIP400MTPの代表的な用途としては、細胞溶解、DNA、RNA、クロマチンのせん断、タンパク質抽出などがあります。

マルチウェルプレート超音波処理用超音波UIP400MTP

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生物学、バイオテクノロジーのultrasonicatorsのための最も一般的な用途は以下のとおりです。

  • 細胞抽出物の調製
  • 酵母、細菌、植物細胞、軟細胞または硬質細胞組織、核酸材料の破壊
  • タンパク質の抽出
  • 酵素の調製および単離
  • 抗原の生産
  • DNA抽出および/または標的断片
  • リポソーム製剤
超音波による細胞破壊、溶解および抽出は、実験室における効率的なサンプル調製方法です。

プローブ型超音波装置による細胞破壊は、効率的なサンプル調製方法です。

以下の表は、細胞破壊と抽出のための超音波装置の概要を示しています。各超音波ホモジナイザーに関する詳細情報を取得するには、デバイスタイプをクリックしてください。私たちのよく訓練された長年の経験の技術スタッフは、あなたのサンプルに最適な超音波装置を選択するお手伝いをさせていただきます!
 

バッチ容量 流量 推奨デバイス
最大10本のバイアルまたはチューブ N.A。 VialTweeter
マルチウェル/マイクロタイタープレート N.A。 UIP400MTP
複数のチューブ/容器 N.A。 クホーン
500mLの1〜 200mL /分で10 UP100H
10から1000mL 20〜200mL/分 Uf200ःトンUP200St
2000mlの10〜 20 400mLの/分 UP400St

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細胞の溶解と抽出プロセスについてご相談ください。私たちはあなたに細胞破壊のための最も適した超音波装置と処理パラメータをお勧めします。





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顧客のアプリケーションの評価と最適化のために、ヒールシャー超音波は、設備の整った超音波プロセスラボを提供しています。詳しくはお問い合わせください!
このビデオは、植物の抽出のための100ワットの超音波ホモジナイザーUP100Hを示しています。

生理活性化合物の超音波抽出

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バイオテクノロジー、生物工学、微生物学、分子生物学、生化学、免疫学、細菌学、ウイルス学、プロテオミクス、遺伝学、生理学、細胞生物学、血液学、および植物学の分野における超音波支店のマニホールド用途アウト。

溶解:細胞構造の破壊

細胞は、リン脂質二重層(また、タンパク質 - 脂質二重層、埋め込みタンパク質分子と疎水性脂質および親水性のリン分子によって形成される)からなる半透過性形質膜によって保護されており、細胞内部との間に障壁を作成する(細胞質)と細胞外環境。植物細胞および原核細胞は、細胞壁に囲まれています。セルロースの複数の層の厚さのセル壁に、植物細胞、動物細胞よりも溶解が困難です。このような細胞小器官、核、ミトコンドリアなどの細胞内部は、細胞骨格によって安定化されます。
細胞を溶解することによって、これを抽出して小器官、タンパク質、DNA、mRNAまたは他の生体分子を分離することを目的とします。

従来の細胞溶解方法とその欠点

界面活性剤又は溶媒の使用、高圧力の適用、又はビーズミルまたはフレンチプレスの使用を含む機械的および化学的方法、に分けることができる細胞を、溶解物にいくつかの方法があります。これらの方法の最も問題の欠点は困難制御及び処理パラメータの調整とそれによって影響されます。
以下の表は、一般的な溶解方法の主な欠点を示しています。

この表は、従来の細胞破壊および溶解方法をリストし、各方法の主な欠点を示しています。

表:細胞溶解の従来の方法は、大きな欠点を持っています

 

溶解の手順

溶解は敏感なプロセスです。細胞膜の保護が破壊された溶解中、非生理的環境(pH値からのずれ)によって抽出されたタンパク質の不活性化が、変性および劣化を防止しなければなりません。したがって、一般的な溶解を緩衝液中で行われます。ほとんどの問題は、すべての細胞内物質または/および対象製品の変性の非標的放出を生じる制御不能な細胞破壊から生じます。

文学/参考文献

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