ウイルス研究における超音波
超音波による溶解と抽出は、細胞を破砕し、その後にウイルス、ウイルスタンパク質、DNA、RNAを放出させるための、信頼性が高く、長年にわたり確立されてきた方法です。
コロナウイルス研究における超音波
臓器組織からのウイルス抽出は、ウイルスの分析（例えば、核酸、カプソメア、糖タンパク質の分析）に先立つ必須のサンプル調製工程です。超音波ホモジナイゼーションは、組織のホモジナイゼーション、溶解、細胞破砕、細胞内物質の抽出、DNAおよびRNAの断片化などのサンプル調製を、迅速かつ容易に、再現性よく行う方法です。
超音波によるサンプル調製は、ポリマー連鎖反応（PCR）に先立って一般的に行われる工程です。
ウイルスに関する超音波の用途
- 組織や細胞培養物からウイルスを抽出するための細胞溶解
- ウイルスの集塊の分散
- DNAおよびRNAのせん断 / 断片化
ワクチン製造および抗ウイルス薬の製剤化のための超音波
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ナノ薬物キャリア
ナノサイズの薬物送達システムは、薬理活性成分を細胞に届け、そこで薬剤が効果を発揮できるようにするために、成功裏に使用されています。医薬品用の一般的なナノキャリアには、 ナノエマルション, リポソーム, シクロデキストリン複合体、高分子ナノ粒子、無機ナノ粒子、ウイルスベクターがあります。
超音波による乳化と分散は、生理活性物質を担持したナノエマルション、リポソーム、シクロデキストリン複合体、ナノ粒子（例えば、コアシェルナノ粒子）など、ナノ技術によって機能を高めた製剤を製造するための、十分に確立された技術です。
ウイルス
細胞溶解および抽出用の超音波プロセッサー
Hielscher Ultrasonicsは、極めて少量の実験室サンプルの超音波処理から、産業規模での極めて大量の処理まで対応する、幅広い超音波システムを提供しています。
当社のプローブ型超音波装置はさまざまな出力範囲を備えており、お客様の用途に最適な装置をご提案できます。さまざまなサイズや形状のソノトロード、多様なサイズや幾何形状のフローセルとリアクター、その他の追加機器など、幅広いアクセサリーにより、最高のプロセス効率と使い心地を実現するように超音波細胞破砕装置を構成できます。
サンプル調製用の独自の超音波設計を採用しているのが、 VialTweeterです。Hielscher VialTweeterは、同じ処理条件で最大10本のチューブ（例えば、Eppendorfチューブ、微量遠心チューブなど）を同時に超音波処理できます。強力な超音波はチューブの壁を通して伝達されるため、交差汚染とサンプルの損失を回避できます。 VialTweeter は、あらゆる実験室環境で使用できるコンパクトな超音波システムです。主な利点は、処理パラメーターの精密な制御、再現性、交差汚染を伴わずに同じ条件で複数の試料を同時処理できること、内蔵SDカードへの自動データ記録です。Hielscherの超音波装置は堅牢なため、高負荷および過酷な環境下でも24/7の連続運転が可能です。
Hielscher超音波装置の利点
Hielscherのすべての超音波装置は、全負荷で24/7使用できるように設計されています。Hielscher超音波装置の信頼性と堅牢性により、材料を高効率で処理し、所望の結果を得ることができます。当社の自動周波数調整機能は、選択した振幅での連続運転を保証します。線形のスケーラビリティにより、リスクを伴わずに処理量を増やし、同じ処理結果を得られるよう、容易にスケールアップできます。
200ワット以上の当社のすべての超音波システムは、カラータッチディスプレイ、デジタル制御、自動データ記録用の内蔵SDカード、接続可能な温度センサーおよびオプションの圧力センサー、さらに
以下の表は、当社の超音波装置のおおよその処理能力を示しています。
| バッチ容量 | 流量 | 推奨装置 |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1–20L | 0.2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | より大きい流量 | クラスター構成の UIP16000 |
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文献・参考資料
知っておきたい基礎知識
コロナウイルス
コロナウイルスという用語は、ウイルスの系統樹における枝全体を指し、SARS（重症急性呼吸器症候群）やMERS（中東呼吸器症候群）を引き起こす病原体をはじめ、その他の複数の変異型を含みます。危険なウイルス株を指して「コロナウイルス」と呼ぶことは、「ハイイログマ」を意味しているのに「哺乳類」と言うことに例えられます。専門的には正しいものの、非常に具体性に欠ける表現です。
ウイルス
ウイルスは、自身を複製するために宿主細胞を必要とする、小さな感染性粒子です。ウイルスは、動物や植物から、細菌や古細菌を含む微生物まで、さまざまな生物の生きた細胞に侵入します。
ウイルスの形状、サイズ、種類
一般に、ウイルスは細菌よりも著しく小さいものです。これまでに研究されたウイルスの大半は、直径が20–300ナノメートルです。ほとんどのウイルスはこのように微小な粒子であるため、光学顕微鏡では、それらを可視化するのに十分な倍率が得られません。ウイルスを観察し研究するには、走査電子顕微鏡と透過電子顕微鏡（それぞれSEMとTEM）が必要です。
ビリオンの構成
完全なウイルス粒子はビリオンと呼ばれます。ビリオンは、内部の核酸コアからなり、その核酸はリボ核酸またはデオキシリボ核酸（RNAまたはDNA）のいずれかです。核酸は、カプシドと呼ばれる保護用の外側のタンパク質殻に囲まれています。カプシドは、カプソメアと呼ばれる同一のタンパク質サブユニットからできています。ビリオンのコアは感染性を付与し、カプシドはウイルスに特異性を与えます。プリオンは、ウイルスのDNAやRNAを含まない感染性タンパク質分子です。
エンベロープを持つウイルスと裸のウイルス
脂質エンベロープを持つウイルスは、エンベロープウイルスとして知られています。エンベロープと呼ばれるものは、タンパク質カプシドを囲む脂質の被膜です。ウイルスは出芽の過程で、宿主の細胞膜からエンベロープを獲得します。エンベロープウイルスの例には、SARS-CoV-2、HIV、HSV、SARS、または天然痘があります。
裸のウイルスは、細胞を溶解して細胞外へ出るため、このエンベロープを持ちません。ただし、一部のウイルスは、ウイルスのカプシドを完全に包み込みながらも、ウイルスの糖タンパク質を含まない「準エンベロープ」を形成することがあります。裸のウイルスの例には、ポリオウイルス、ノダウイルス、アデノウイルス、SV40があります。
ウイルスの形態
ウイルスの主な形態的タイプは、らせん型、正二十面体型、長球型、エンベロープの四つに区別されます。さらに、いわゆる複雑なウイルス形態も存在します。
ウイルスの形態は、カプシドとその形状によって定義されます。カプシドは、ウイルスゲノムにコードされたタンパク質から構築されます。カプシドの形状が、形態を区別する基準となります。ウイルスにコードされたカプソメアと呼ばれるタンパク質サブユニットが自己集合してカプシドを形成し、その形成には通常、ウイルスゲノムの存在が必要です。
らせん型ウイルス： らせん型ウイルスのカプシドは、糸状または棒状と表現できる形状をしています。らせん構造の中央には空洞があり、その中に核酸が収められています。カプソメアの配列に応じて、らせん構造はウイルスのカプシドに柔軟性または剛性を与えます。
正二十面体型ウイルス： 正二十面体型ウイルスのカプシドは、正三角形を形成する同一のサブユニット（カプソメア）から構成され、それらの正三角形が対称的に配置されています。正二十面体の形状により、核酸を収める十分な空間を備えた、非常に安定したカプシド構造が形成されます。
長球型ウイルス： 長球型は正二十面体型の変形で、バクテリオファージに見られます。
エンベロープウイルス： 一部のウイルスは、リン脂質とタンパク質からできたエンベロープを持っています。エンベロープを構築するために、ウイルスは宿主の細胞膜の一部を利用します。エンベロープはカプシドの保護被膜として機能し、それによって宿主の免疫系からウイルスを守るのに役立ちます。エンベロープには、ウイルスが宿主細胞に結合できるようにし、細胞への感染を促進する受容体分子が存在する場合もあります。ウイルスのエンベロープは、一方では細胞への感染を促進しますが、他方では、エンベロープを構成する脂質成分を破壊する洗剤（例えば、石けん）などの環境中の作用物質によって、ウイルスがより不活化されやすくなります。
複雑な構造を持つウイルス： 複雑な構造を持つウイルスは、純粋ならせん型でも純粋な正二十面体型でもないカプシド構造によって特徴づけられます。さらに、複雑な構造を持つウイルスには、タンパク質の尾部や複雑な外壁などの追加の構成要素が存在する場合があります。多くのファージウイルスは、正二十面体の頭部とらせん状の尾部を組み合わせた複雑な構造で知られています。
ウイルスゲノム
ウイルス種のゲノム構造には、非常に多様なものがあります。ウイルス種の集団は、植物、動物、古細菌、細菌よりも、ゲノム構造の多様性に富んでいます。ウイルスには数百万もの異なる種類がありますが、これまでに詳しく記述されているのは約5,000種類にすぎません。そのため、今後のウイルス研究には膨大な余地が残されています。