Dezintegrace buněk vysokotlakou homogenizací
Dezintegrace buněk, označovaná také jako buněčná disrupce nebo lýza buněk, je proces, při kterém dochází k narušení buněčné stěny a cytoplazmatické membrány. Cílem je uvolnit vnitrobuněčné látky, například proteiny, enzymy, nukleové kyseliny, organely nebo další biologicky aktivní složky.
Tento proces představuje důležitý krok při přípravě vzorků a výrobě produktů v biotechnologii, farmacii, mikrobiologii, potravinářství a dalších biologických oborech.
Typickými zpracovávanými materiály jsou:
- bakterie
- kvasinky
- řasy
- rostlinné buňky
- živočišné buňky
- buněčné kultury a mikroorganismy
Metody dezintegrace buněk
Pro rozrušování buněk lze využít chemické, enzymatické, fyzikální nebo mechanické metody. Volba vhodného postupu závisí především na typu buněk, jejich koncentraci, požadovaném výtěžku a citlivosti získávaných látek.
Mezi mechanické metody patří například:
- vysokotlaká homogenizace
- vysokootáčkové homogenizátory
- ultrazvuková dezintegrace
- mletí pomocí kuliček
- opakované zmrazování a rozmrazování
Pro zpracování větších objemů a dosažení dobře reprodukovatelných výsledků je vhodná zejména vysokotlaká homogenizace.
Vysokotlaká dezintegrace buněk
Při vysokotlaké dezintegraci je buněčná suspenze stlačena na vysoký tlak a následně vedena přes úzký prostor homogenizační hlavice.
Při průchodu hlavicí dochází k prudké změně tlaku a rychlosti proudění. Na buňky působí kombinace intenzivních smykových sil, turbulence, nárazových sil a kavitace. Tyto mechanismy narušují buněčné stěny a membrány a umožňují uvolnění vnitrobuněčného obsahu.
Účinnost dezintegrace ovlivňuje zejména:
- pracovní tlak
- počet průchodů homogenizátorem
- typ buněk a pevnost jejich buněčné stěny
- koncentrace buněčné suspenze
- viskozita vzorku
- teplota během zpracování
- konstrukce homogenizační hlavice.
Procesní parametry lze optimalizovat tak, aby bylo dosaženo požadovaného stupně rozrušení buněk při současném omezení poškození citlivých biologických produktů.
Kontrola teploty vzorku
Při vysokotlaké homogenizaci se část mechanické energie přeměňuje na teplo. Teplota vzorku proto může během procesu narůstat.
Účinné chlazení je důležité zejména při získávání termolabilních látek, jako jsou:
- proteiny
- enzymy
- protilátky
- nukleové kyseliny
- některé vitaminy a další biologicky aktivní látky
Homogenizační systémy mohou být vybaveny chlazením před zpracováním i rychlým chlazením vzorku bezprostředně po průchodu procesní hlavicí.
Výhody vysokotlaké dezintegrace
Vysokotlaká homogenizace nabízí při dezintegraci buněk několik významných výhod:
- vysokou účinnost rozrušení buněk,
- dobrou opakovatelnost výsledků,
- přesnou regulaci procesního tlaku,
- možnost kontinuálního zpracování,
- zpracování koncentrovaných buněčných suspenzí,
- omezení použití chemických nebo enzymatických činidel,
- možnost přechodu z laboratorního do výrobního měřítka,
- snadnou optimalizaci procesu pomocí tlaku a počtu průchodů.
Proces lze využít jak pro jednorázové laboratorní šarže, tak pro kontinuální výrobu.
Typické aplikace
Dezintegrace buněk se používá například při:
- izolaci rekombinantních proteinů,
- získávání enzymů a dalších metabolitů,
- extrakci DNA a RNA,
- izolaci buněčných organel,
- zpracování bakterií a kvasinek,
- výrobě vakcín a biofarmaceutik,
- získávání produktů z řas,
- zpracování biologické hmoty,
- výrobě potravinářských a biotechnologických produktů.
Laboratorní i výrobní zpracování
Vysokotlaké homogenizátory jsou dostupné pro laboratorní vývoj, pilotní ověřování procesu i následné výrobní použití.
Laboratorní systémy jsou vhodné pro:
- vývoj a optimalizaci metody,
- zpracování menšího množství vzorku,
- stanovení vhodného tlaku,
- určení potřebného počtu průchodů,
- porovnání různých typů homogenizačních hlavic.
Vysokotlaké homogenizátory STANSTED pro laboratorní, pilotní i výrobní použití. Přístroje lze podle aplikace vybavit různými typy procesních hlavic a systémy pro regulaci teploty.
