如何选择正确的二抗?

如何选择正确的二抗?

二级抗体用于几种免疫分析中,以检测一级抗体的存在。这些抗体与酶、生物分子或荧光染料结合,以检测一抗。与一级抗体不同,二级抗体是针对一级抗体的种类和同种型产生的,通过在多个位置与一级抗体结合来检测一级抗体。

为了成功选择您的第二抗体,您应该考虑以下因素:

确保匹配良好–宿主物种是产生第二抗体的动物,应始终与第一抗体的宿主不同。例如,如果您使用在兔子中产生的一抗,您将需要在不同于兔子的物种(如山羊、驴或小鼠)中产生的抗兔二抗(图1)。

如何选择正确的二抗?

完整抗体还是片段?–实际上,真正的问题应该是“您的主要抗体是单克隆抗体还是多克隆抗体?”这两个问题的答案通常取决于应用程序。单克隆一抗包含单一同种型的免疫球蛋白。因此,使用特异性识别同种型的二抗至关重要。此外,单克隆动物通常饲养在小鼠、兔和大鼠中。因此,如果主要单克隆抗体是小鼠IgG1,您将需要抗小鼠IgG或特异性较低的F(ab)片段抗小鼠IgG。抗体片段适合用于免疫组织化学和免疫荧光,因为它们的体积较小,能够穿透组织。然而,较小的大小可能会限制与片段结合的染料或酶的选择,导致二抗可能不如全抗体敏感。

多克隆一抗包含几种同种型免疫球蛋白g的混合物。因此,为了最大限度地检测目标,最好使用能识别所有同种型的二抗。多克隆抗体通常以全抗体形式(重链+轻链)饲养在兔、山羊、绵羊和驴中,因此第二宿主物种必须用来自不同物种的IgG池进行免疫,从而使纯化的第二抗体能够识别所有形式。例如,如果初级多克隆抗体是山羊IgG,您将需要抗山羊IgG(H+L)。然而,全抗体可能导致高背景和较低的特异性,因为所有免疫球蛋白共享轻链,这增加了交叉反应性(图2)。

如何选择正确的二抗?

根据您的应用选择共轭物-这取决于第二抗体如何检测信号。例如,免疫组织化学、ELISA和蛋白质印迹应用使用基于生物素标记的比色和化学发光检测来放大信号和提高灵敏度,以及与辣根过氧化物酶(HRP)或碱性磷酸酶(AP)作用的酶反应。然而,对于免疫标记、荧光显微镜和流式细胞仪实验,使用荧光染料如Alexa Fluor检测信号,这些荧光染料直接与抗体结合以放大信号和灵敏度。

亲和纯化抗体与交叉吸附抗体–该步骤用于提高抗体的特异性,并可在亲和纯化和交叉吸附中进行区分。大多数二抗通过亲和层析纯化,产生高亲和力抗体。这种抗体通常在IHC使用,因为它们产生最小的非特异性结合,也用于蛋白质印迹检测低丰度蛋白。交叉吸附的第二抗体通常经过额外的纯化步骤,以过滤掉与非靶免疫球蛋白种类结合的成员。这一步骤增加了它们的特异性并减少了非特异性背景。这些抗体是为免疫组织化学等特殊应用而设计的。

总之,二级抗体的选择取决于手头的应用和目标丰度所需的灵敏度和纯化水平以及非特异性结合的风险。

BMA是BMA Biomedicals的缩写,是一家位于瑞士北部巴塞尔地区的小型生物技术公司。

由一群免疫学家、生物化学家和生物学家于1989年创建,其主要活动领域是抗体的开发、生产和营销。2005年,BMA被Chemoforma Inc .收购,chemo forma Inc .是一家长期活跃于免疫支持饲料添加剂生产领域的商业合作伙伴。2013年,Chemoforma Inc .收购了总部位于加州的半岛实验室国际公司,该公司专门从事抗肽抗体和放射免疫分析。

BMA的主要专长在于抗体在免疫组织化学和酶免疫分析(ELISAs)中的应用。生产已适应无胎牛血清的培养基。这不仅是对可持续发展和动物福利的重要贡献,而且产品不含污染性牛抗体。它们通常仅供体外研究使用,但支持将适当的产品给诊断领域的公司。

BMA经营自己的设施,拥有先进的分析和生产基础设施。我们的技术诀窍在于单克隆和多克隆抗体的生产和衍生,以及它们在免疫学技术中的应用。BMA还许可外部组织的产品。这些产品可能处于早期开发阶段,最终将由公司进行生产更新。

BMA的产品范围以客户为导向,包括许多专注于有限或专业应用的产品。有些是由BMA自己生产的,有些是有大量出版记录的常规产品。

BMA的产品重点包括以下领域

  • 炎症和传染病
  • 止血
  • 肿瘤相关疾病
  • 兽医试剂,特别是抗猪组织的抗体

大鼠dickkopf(DKK1)酶联免疫检测试剂盒简介

大鼠dickkopf(DKK1)酶联免疫检测试剂盒简介

   用于大鼠血清、血浆及相关液体样本中dickkopf(DKK1)测定。

工作原理

本试剂盒采用的生物素双抗体夹心酶联免疫吸附法ELISA)测定样品中大鼠dickkopf(DKK1)水平。向预先包被了大鼠dickkopf(DKK1)单克隆抗体的酶标孔中加入大鼠dickkopf(DKK1),温育;温育后,加入生物素标记的抗DKK1抗体。再与链霉亲和素-HRP结合,形成免疫复合物,再经过温育和洗涤,去除未结合的酶,然后加入底物A、B,产生蓝色,并在酸的作用下转化成最终的黄色。颜色的深浅与样品中大鼠dickkopf(DKK1)的浓度呈正相关。

试剂盒组成

试剂盒组成

48孔配置

96孔配置

保存

说明书

1

1

封板膜

2片(48

2片(96

密封袋

1

1

酶标包被板

1×48

1×96

2-8℃保存

标准品24μg/L

0.5ml×1

0.5ml×1

2-8℃保存

标准品稀释液

3ml×1

6ml×1

2-8℃保存

链霉亲和素-HRP

3 ml×1

6 ml×1

2-8℃保存

生物素标记的抗DKK1抗体

0.5ml×1

1 ml×1

2-8℃保存

显色剂A

3 ml×1

6 ml×1

2-8℃保存

显色剂B

3 ml×1

6 ml×1

2-8℃保存

终止液

3ml×1

6ml×1

2-8℃保存

浓缩洗涤液

20ml×20倍)×1

20ml×30倍)×1

2-8℃保存

需要而未提供的试剂和器材

1. 37恒温箱。

2. 标准规格酶标仪。

3. 精密移液器及一次性吸头

4. 蒸馏水,

5. 一次性试管

6. 吸水纸

注意事项

1. 2-8℃取出的试剂盒,在开启试剂盒之前要室温平衡至少30分钟。酶标包被板开封后如未用完,板条应装入密封袋中保存。

2. 各步加样均应使用加样器,并经常校对其准确性,以避免试验误差

3. 严格按照说明书的操作进行,试验结果判定必须以酶标仪读数为准.

4. 免交叉污染,要避免重复使用手中的吸头和封板膜

5. 不用的其它试剂应包装好或盖好。不同批号的试剂不要混用。保质前使用。

6. 底物B对光敏感,避免长时间暴露于光下。

洗板方法

手工洗板方法:甩掉酶标板内的液体;在实验台上铺垫几层吸水纸,酶标板朝下用力拍几次;将稀释后的洗涤液至少0.35ml注入孔内,浸泡1-2分钟。根据需要,重复此过程数次。

自动洗板:如果有自动洗板机,应在熟练使用后再用到正式实验过程中

标本要求

1.不能检测含NaN3的样品,因NaN3抑制辣根过氧化物酶的(HRP)活性。

2.标本采集后尽早进行提取,提取按相关文献进行,提取后应尽快进行实验。若不能马上进行试验,可将标本放于-20℃保存,但避免反复冻融

操作程序

1. 标准品的稀释:(本试剂盒提供原倍标准品一支,用户可按照下列图表在小试管中进行稀释。)

12μg/L

5号标准品

120μl的原倍标准品加入120μl标准品稀释液

6μg/L

4号标准品

120μl的5号标准品加入120μl标准品稀释液

3μg/L

3号标准品

120μl的4号标准品加入120μl标准品稀释液

1.5μg/L

2号标准品

120μl的3号标准品加入120μl标准品稀释液

0.75μg/L

1号标准品

120μl的2号标准品加入120μl标准品稀释液

2. 根据代测样品数量加上标准品的数量决定所需的板条数。每个标准品和空白孔建议做复孔。每个样品根据自己的数量来定,能使用复孔的尽量做复孔。

3. 加样:1)空白孔,空白对照孔不加样品,生物素标记的抗DKK1抗体,链霉亲和素-HRP,只加显色剂A&B和终止液,其余各步操作相同2)标准品孔:加入标准品50ul,链霉亲和素-HRP50ul(标准品中已事先整合好生物素抗体,故不加);3)代测样品孔:加入样本40ul,然后各加入DKK1抗体10ul、链霉亲和素-HRP50ul,盖上封板膜,轻轻震荡混匀,37℃温育60分钟

4. 配液:将30倍浓缩洗涤液用蒸馏水30倍稀释后备用。

5. 洗涤:小心揭掉封板膜,弃去液体,甩干,每孔加满洗涤液,静置30秒后弃去,如此重复5次,拍干。

6. 显色:每孔先加入显色剂A50ul,再加入显色剂B50μl,轻轻震荡混匀,37℃避光显色15分钟.

7. 终止:每孔加终止50μl,终止反应(此时蓝色立转黄色)

8. 测定:以空白空调零,450nm波长依序测量各孔的吸光度(OD值) 测定应在加终止液后10分钟以内进行。

9. 根据标准品的浓度及对应的OD值计算出标准曲线的直线回归方程,再根据样品的OD值在回归方程上计算出对应的样品浓度。也可以使用各种应用软件来计算。

操作程序总结:

1.准备试剂,样品和标准品

2.加入准备好的样品和标准品,生物素标记的二抗和酶标试剂,37℃反应60分钟

3.洗板5次,加入显色液A、B,37℃显色15分钟

4.加入终止液

5.10分钟内读OD值

6.计算

试剂盒性能:

1.样品线性回归与预期浓度相关系数R值为0.92以上。

2.批内与批间应分别小于9%和15%

检测范围:

检测范围:0.5μg/L 13μg/L

保存条件及有效期:

保存:2-8

有效期:6个月(2-8℃)。

Freezing Canister 冷冻罐 品牌:Cosmo Bio CAS No.:


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第2回 小胶质细胞的发育起源及脑疾病


第2回 小胶质细胞的发育起源及脑疾病


小胶质细胞研究的前沿  —从基础到临床—


第2回 小胶质细胞的发育起源及脑疾病



京都药科大学综合药科学院

高田 和幸

◆前言


小胶质细胞是位于中枢(脑/脊髓)的组织巨噬细胞,在中枢系统位居免疫第一线。随着发育方式和生态特殊性的不断阐明,小胶质细胞备受各个学科领域的研究人员的关注,对小胶质细胞生物学的学术研究日益活跃。本文着眼于小胶质细胞的发育起源及其生态,并介绍其与脑疾病的相关性以及作为治疗靶点的地位。

 


◆小胶质细胞的发育


1919年,西班牙神经科学家Pío del Río Hortega生动地描述了仅次于神经细胞和星形胶质细胞的第三位大脑组成细胞群的形态学特征,并将该细胞群命名为小胶质细胞。Hortega还涉及到了小胶质细胞的发育起源,指出前体细胞是在大脑发育初期从大脑外部移入的。长期以来,其前体细胞被认为是外周血中的单核细胞,但十年前小鼠实验中利用胚外组织卵黄囊造血,发现产生的是“原始巨噬细胞”1)。该原始巨噬细胞是从被称为erythro-myeloid progenitor(EMPs)的细胞,不依赖于转录因子Myb2) ,不经过单核细胞生成的,遍及包括大脑在内的全身各个器官,暂时性形成组织巨噬细胞(图)。之后,EMPs转移至胎肝,继承了造血的场所后,此时在EMPs中产生Myb依赖性单核细胞(fetalliver monocytes)。这些单核细胞遍及全身,将先前已植入的原始巨噬细胞取代或与之共存,作为新的组织巨噬细胞形成种群3)。此时,大脑中已经形成发育阶段的血脑屏障,几乎不会被入侵。也就是说,在全身器官中存在常在性组织巨噬细胞时,只有小胶质细胞把在卵黄囊中产生的原始巨噬细胞作为主要的发育起源。

 


◆根据细胞起源赋予小胶质细胞的特点


由于EMPs延缓造血,在胚胎期的主动脉-性腺-中肾(aorta-gonad-me-sonephros : AGM)区域中形成造血干细胞(hematopoietic stem cells HSC)(图)。HSCs也在小鼠胎肝中开始胎儿期的二次造血,但在出生前不久会转移至骨髓,全面担任出生后的二次造血。HSCs来源的单核细胞也被认为是组织巨噬细胞的来源之一,但在生理条件下,它对小胶质细胞种群几乎没有任何贡献1,4)。另外,HSCs来源单核细胞随血液循环全身,响应感染和受损信号并转移至组织,分化成巨噬细胞。这些HSCs单核细胞来源的巨噬细胞生命短暂,并且会在组织中暂时性停留引起炎症反应,而EMPs来源的组织常在性巨噬细胞主要作用于营养和组织重塑。此外,HSCs来源巨噬细胞高表达趋化因子受体CCR2,EMPs来源巨噬细胞高表达F4 / 80、colony-stimulating factor-1 receptor(CSF-1R)和分形碱受体CX3CR1,不同的基因表达模式中都深刻地残留了细胞起源4),估计与功能角色划分相关。CSF-1R介导的信号诱导microRNA-21,抑制炎症因子的表达并促进营养因子的表达5);这在以小胶质细胞为代表的EMPs来源组织巨噬细胞的细胞起源伴随的功能特征的说明上来说也让人十分感兴趣。最近有研究推测,存在于与脑实质成为边界的血管周围间隙、硬脑膜和脉络丛中的巨噬细胞(border-associated macrophages : BAMs)和实质小胶质细胞,不仅与卵黄囊EMPs的细胞起源相同,而且在卵黄囊存在的时刻就已经决定了各自的命运6),并且还明确了BAMs与小胶质细胞的基因表达模式的区别7)。如此一来,小胶质细胞这一组织巨噬细胞在特点上,就不仅可以从植入目的地中的大脑和脊髓这样的环境中接收信号,还可以很大程度地反映从其独特的发育起源受到的影响。所以想要更深入并且更准确地理解小胶质细胞的生态和功能的话,就必须充分考虑其发育起源。

 


◆维持小胶质细胞种群


如上所述,小胶质前体细胞仅在胎儿期产生,出生后由骨髓HSCs来源单核细胞几乎很少参与小胶质细胞的补充。关于维持该小胶质细胞出生后的种群数,近年的报告显示,在小鼠大脑中的所有小胶质细胞以约96天为周期发生周期性交换,重复细胞死亡(凋亡)和分裂的过程,来稳定脑内的细胞数量8)。这种利用自我分裂来维持种群的模式,以表观遗传修饰的形式,分裂后的细胞也传达发育起源。此外,不时还会继承植入后在中枢内时刻发生变化的微环境的信息,估计与时空依赖性的小胶质细胞亚群和脑疾病中特异性亚群的出现密切相关9,10)

 


◆小胶质细胞与脑疾病


21号染色体三体引发的Down syndrome(DS),在胎儿期神经发生减少的原因至今尚未阐明。在与京都药科大学的石原庆一博士等人的共同研究中,分析DS模型小鼠时发现,在胎儿期的大脑中,包含小胶质细胞在内的脑组织巨噬细胞的比例减少,中性粒细胞以及单核细胞等炎症细胞的比例增加,由此看出大脑皮层中神经新生降低11)(图)。 结果表明,包含小胶质细胞在内,在胎儿期的大脑免疫环境的破绽与DS的病发密切相关,其正常化将是DS胎内治疗法中新的治疗目标。

另一方面,Alzheimer’s disease(AD)的最大风险因素就是年龄衰老,发病前几十年间在大脑中积蓄的淀粉样蛋白-β(Aβ)被当做是病态形成的诱因。而且很久以前我们就知道小胶质细胞会在Aβ聚集部位(老年斑)积蓄。考虑到小胶质细胞通过自我分裂来维持种群的机构,或许年龄衰老、Aβ长时间暴露等积累的小胶质细胞性质的变化,正是连接从Aβ到AD发病的主要途径。我们从小鼠骨髓和外周血中收集HSCs,在CSF-1的刺激下制备巨噬细胞,将其移植至可呈现脑内Aβ积蓄的AD小鼠模型的海马体中,发现小鼠的认知功能障碍得到了改善13,14)(图)。最初认为是只有移植的巨噬细胞的Aβ吞噬带来了治疗效果的作用机制,但结果发现,是该移植细胞分泌的transforming growth factor-β1(TGF-β1)引起的小胶质细胞的功能变化也与治疗相关15)。有报告称TGF-β信号在发育初期阶段中,从原始巨噬细胞转变为小胶质细胞的命运是必须的6)。另一方面还有报告称,去除包含小胶质细胞在内的老化胶质细胞与改善认知功能相关16)。由于Aβ长期暴露和年龄衰老的累积,导致小胶质细胞的性质改变降低认知功能,小胶质细胞发育初期所须的TGF-β信号会抵消部分变化,这或许与改善认知功能相关。

 


◆结语


在小胶质细胞通过重复自我分裂来维持种群的机构中,遗传其发育起源和植入后的微环境信息以表观遗传修饰的形式继承,从而获得小胶质细胞时空依赖性的特点。我们在与Agency for Science, Technology and Research(A*STAR)的 Florent Ginhoux博士的共同研究中,已成功从多能诱导干细胞(iPS)细胞中制备可反映胎儿早期造血的原始巨噬细胞(iMacs)17)(图)。像这样使用原始细胞再现发育起源的分析,有望引导我们进一步正确的理解小胶质细胞的生态。为研究大脑从发育到衰老各阶段引起的脑疾病发病机制,为了获取开发治疗发的线索,有必要正确地了解小胶质细胞发育、成熟和衰老等阶段。将巨噬细胞移植至AD模型小鼠的研究是与札幌医科大学的下滨俊教授、京都药科大学的芦原英司教授、立命馆大学的北村佳久教授的共同研究。

第2回 小胶质细胞的发育起源及脑疾病

图. 包含小胶质细胞在内的组织巨噬细胞的发育与脑疾病的关联

在小鼠卵囊中,EMPs不经过转录因子Myb非依赖性单核细胞生成原始Mφ,并作为包含小胶质细胞的Mφ组织植入至各组织中。小胶质细胞和去往BAMs的方向在此时确定,小胶质细胞的分化需要TGF-β信号。其他原始Mφ的方向尚未明确。之后,向胎肝移动的EMPs生成胎肝单核细胞,一边替换原始φ或与原始φ共存,一边形成新组织Mφ,但由于中枢中存在血脑屏障而未被替换。随后,在AGM区域产生的HSCs来源单核细胞,在生理条件下也不会变成小胶质细胞,而是响应感染/受损信号,从血液中转移至组织成为Mφ。小胶质细胞的发育起源是卵黄囊的原始Mφ,之后通过细胞死亡和自我分裂维持种群。在DS模型小鼠胎儿期的大脑内,小胶质细胞和BAMs的比例减少,炎症细胞的比例增加,神经发育降低11)。将通过CSF-1刺激的HSCs制备的Mφ移植至AD模型小鼠中后,移植细胞不仅会吞噬Aβ,还会分泌TGF-β1促进内源性小胶质细胞的Aβ吞噬,从而改善认知功能障碍13-15)

左图: 再现iPS细胞来源Mφ(iMacs)是原始Mφ的发育过程,可分化诱导小胶质细胞,显示Aβ吞噬功能。(Scale bars:20 μm

右图:成年小鼠海马体的小胶质细胞(经过Goat抗Iba1抗体染色)。Scale bars:20 μm

Aβ: amyloid- β , AD: Alzheimer’s disease,

AGM: aorta-gonad-mesonephros,

BAMs: border-associates macrophages,

CSF-1: colony-stimulating factor -1,

DS: Down syndrome,

EMPs: erythro-myelord progenitors,

HSCs: hematopoietic stem cells,

Mφ: macrophages ,

TGF-β: transforming growth factor-β。

 


点击此处,了解小胶质细胞标志物Iba1抗体更多资讯。

 


◆参考文献


  1) Ginhoux, F. et al. : Science, 330, 841(2010).

  2) Schulz, C. et al. : Science, 336, 86(2012).

  3) Hoeffel, G. et al. : Immunity, 42, 665(2015).

  4) Hagemeyer, N. et al. : EMBO J., 35, 1730(2016).

  5) Caescu, C. I. et al. : Blood, 125, e1(2015).

  6) Utz, S. G. et al. : Cell, 181, 557(2020).

  7) Mrdjen, D. et al. : Immunity, 48, 380(2018).

  8) Askew, K. et al. : Cell Rep., 18, 391(2017).

  9) Masuda, T. et al. : Nature, 566, 388(2019).

10) Keren-Shaul, H. et al. : Cell, 169, 1276(2017).

11) Ishihara, K. et al. : Brain Pathol., 30, 75(2020).

12) Baik, S. H. et al. : Cell Metab., 30, 493(2019).

13) Kawanishi, S. et al. : J. Alzheimers Dis., 64, 563(2018).

14) Kuroda, E. et al. : J. Alzheimers Dis., 73, 413(2020).

15) Kuroda, E. et al. : Neuroscience, 438, 217(2020).

16) Tyler, B. et al. : Nature, 502, 578(2018).

17) Takata, K. et al. : Immunity, 47, 183(2017).

细胞破碎设备和技术综述

细胞破碎设备和技术综述

珠磨均质机

超过40%的实验室匀浆器专门用于破碎细胞。在实验室均质器的一般类别中,珠磨,通常称为串珠,是这一大类中的最新产品,是传统的转子-定子和超声波方法成为细胞和组织破碎的方法。

在珠磨过程中,将组织或微生物的悬浮液与大量微小的玻璃、陶瓷或钢珠混合,并通过摇动或搅拌进行剧烈搅拌。当珠子与细胞碰撞时,通过珠子的压碎作用发生细胞破裂。与超声波和高压细胞破碎方法相比,珠磨法的剪切力相对较低。通过选择正确大小的珠子和适度的摇动速度,细胞膜的回收率很高,并且通常可以分离出完整的细胞内细胞器。在较高的振荡能量下,beadbeating被认为是破碎孢子、酵母和真菌的方法,并成功地应用于难以破碎的细胞,如蓝细菌、分枝杆菌、孢子和微藻。最近,珠磨机均化已应用于土壤样品和植物及动物组织的小样品。如果采用PCR技术,这种均质化方法是少数几种可以避免样品之间交叉污染的方法之一-主要是因为该方法中使用的小瓶和珠子都是一次性物品。

所用珠子的直径很重要。细菌和孢子的最佳尺寸为0.1毫米,酵母、菌丝体、微藻和单细胞动物细胞如白细胞或胰蛋白酶组织培养细胞的最佳尺寸为0.5毫米,组织如脑、肌肉、叶子和皮肤的最佳尺寸为1.0或2.5毫米。通过使用由氧化锆-二氧化硅或氧化锆而不是玻璃制成的类似尺寸但更重的陶瓷珠,破碎速度提高了约50%。破坏真正坚韧的组织有时需要铬钢珠——其密度是玻璃珠的5倍。

虽然微型阀中的钢珠可用于“摇动式珠磨机”,但它们太重而无法用于“转子式珠磨机”。即便如此,在一些高能振动式珠磨机中,钢珠可能会使常见的聚丙烯微孔破裂。为了避免这种微孔限制,俄克拉荷马州巴特尔斯维尔的BioSpec Products公司提供了强化聚丙烯微孔(品牌为“XXTuff”)或不锈钢微孔。有报道称,由碳化硅或石榴石制成的边缘锋利的非珠状颗粒也能很好地破坏坚韧的组织。小瓶中足够的珠装量通常约为小瓶总体积的20-50%。并且,在转子型压条搅拌器的情况下,相对于腔室容积的压条装载容积约为50%。通常,珠子与细胞悬浮液的体积比越高,细胞破碎的速度越快。在珠磨机中均化后,珠子通过重力快速沉降,并通过移液移除匀浆。

可以使用珠磨技术手动破碎微生物和组织:虽然这种手持方法繁琐而缓慢,但它可以作为珠磨法的初步测试:将悬浮在1mL提取介质中的微生物细胞或组织(预先切碎成非常小的碎片)添加到预先装有1mL适当大小珠子的2 mL微孔中。盖上微孔盖,在实验室涡旋混合器上搅拌混合物十分钟。

摇动式珠磨机

标准摇动式珠磨机(又名Beadbeater)可使用2 mL聚丙烯螺旋盖微量量具处理高达500 mg(湿重)的样品。还提供可容纳7 mL或更大试管的珠磨机附件。必须始终使用螺旋盖,因为在高能摇动过程中,弹簧盖微孔会释放出内含物的气溶胶。这些珠磨机将小瓶保持在垂直位置或更有效的接近水平的位置。几乎所有的机器都沿着小瓶的轴线方向摇动珠子,小瓶前后摇动的模式可以是线性的,也可以是压缩的8字形。虽然不同品牌的珠磨机之间存在一些明显的性能差异,尤其是在破碎坚韧的细胞或组织时,全破碎通常需要大约1-3分钟,并且细胞内生化物质的产量非常高。打珠后,珠子在重力作用下在几秒钟内沉淀下来,细胞提取物很容易用移液管移出。

1979年,BioSpec Products推出实验室规模的珠磨细胞粉碎机,并在市场上占据了大约20年的时间。该公司现在生产六种型号的高能实验室级珠磨机。mini beater-Plus可容纳一个2 mL螺旋盖微量比色皿,而其他三个mini beater型号一次可处理多达16、24或48个2mL微量比色皿。mini beater-96还可以处理96个深孔微孔板中的样品。他们还提供了一个可处理高达80克(湿重)微生物细胞的制备型实验室搅拌机。他们的最新产品SoniBeast可处理12个0.6毫升微管或3个2毫升微量管,与摇动式珠子搅拌器不同的是,它使用超高涡流运动搅拌珠子,该运动由30,000 rpm(500Hz)的电机驱动。SoniBeast在几秒钟内而不是几分钟内破碎细胞,使其成为市场上最快的珠磨细胞破碎机。

转子-定子均质机(也称为胶体磨或Willems均质机)

这些均质器非常适合在1毫升到几升的液体介质中均质植物和动物组织。它们通常优于刀片式折弯机。与搅拌机相比,起泡和充气现象最少,并且易于容纳小得多的样品体积。细胞物质通过位于长静态管或探针(通常称为定子)末端内部的转子产生的吸力被吸入设备。然后,材料通过位于定子附近的槽或孔离心排出。组织被反复回收,并且由于转子以非常高的速度转动,在液体剪切力和发生在探针的机械剪刀状剪切的共同作用下,组织的尺寸减小。根据组织样本的韧性,通常在5-60秒内获得所需的结果。对于细胞内细胞器或受体位点复合物的回收,使用较短的时间和/或降低的转子速度。当使用较小尺寸的转子-定子探头时,在处理前必须用手术刀或剃刀片将组织样本预先切成横截面小于1 mm的碎片,以便将样本吸入定子的孔内。如果样本已经冷冻保存,可以使用低温粉碎器(一种在液氮温度下快速粉碎组织的设备-见下文)在不解冻的情况下将组织样本破碎成小块。一些转子-定子制造商提供的探头在定子顶端有一圈锯齿状的齿,这有助于破碎最初太大而无法进入探头的样品。该功能很有帮助,但同质化时间可能会更长。与许多其他类型的机械细胞破裂机不同,转子-定子均质机在运行过程中基本不产生热量此外,转子-定子均质机不能溶解微生物-这一特性在研究土壤、粪便等中的微生物时很有用。

大多数实验室转子-定子均质机都是顶部驱动的,带有一个转速为8,000至35,000 rpm的紧凑型高速电机。转子-定子探针(统称为发生器)的尺寸可以从用于0.5-50毫升样品体积的吸管直径到能够处理10升或更多批次的更大装置不等。转子速度和定子直径之间存在重要关系。原则上,转子直径每减半,均质机的最高转子速度应加倍。它不是rpm就其本身而言,但是转子的速度是重要的操作参数。每秒10至20米(2000至4000英尺/分钟)是组织破碎可接受的速度。不幸的是,大多数小到足以轻松装入微管的商用转子-定子均质机都达不到这一速度标准。在选择转子-定子均质机时,其他因素如转子-定子设计(有很多)、结构中使用的材料以及清洁的难易程度也是需要考虑的重要因素。

实验室尺寸的均质器仅适用于中低粘度范围的液体样品。由于使用太小的装置,均化的速度和效率受到影响,并且给定均化器的转子-定子探针尺寸有效工作的体积范围只有大约十倍。转子-定子均质机可能会出现泡沫和气溶胶问题。保持均质机的一端浸没在培养基中,并使用大小合适的容器有助于解决第一个问题。方形均化容器比圆形容器效果更好,并且有利于将浸没的探针保持在偏心位置。通过使用适当覆盖的容器(VirTis、Brinkmann和Omni),可以最大限度地减少气溶胶,但不能消除气溶胶。尽管许多实验室转子-定子均质机使用全封闭电机,但没有一台电机是防爆的。因此,使用易燃有机溶剂(如丙酮、酒精或氯仿)时,应小心谨慎,在通风良好的通风柜中进行均化。

底部驱动实验室转子-定子均质机是实验室的新成员。转子-定子组件通常放置在密封的腔室或容器内,适合搅拌机电机底座,工作容积为100-1000毫升。

分散器  

与转子-定子均质器密切相关,分散器用于制备大量植物和动物水提物。转子-定子机构的构造类似于家庭垃圾处理装置,可快速均匀化和液化千克数量的生物质。样品悬浮在一升或多升介质中,装入顶部容器中,以连续或分批模式均质化。

叶片式均质机

尽管效率不如转子-定子均质机,并且通气和起泡可能是一个问题,但叶片均质机(通常称为搅拌机)多年来一直用于从植物和动物组织中生产优质布里干酪和提取物。搅拌机不能有效地破坏微生物。在这类均质机中,一组不锈钢刀片在玻璃、塑料或不锈钢容器内以6000-50000 rpm的速度旋转。叶片可以是底部驱动的,也可以是顶部驱动的。如流式细胞仪分析所确定的,一些高速匀浆器可以将组织样品减小到一致的颗粒大小,其分布小至4微米。混合后,一些植物组织匀浆会发生酶促褐变-这是一种氧化和化学交联过程,会使随后的分离过程变得复杂。通过在无氧或除氧硫醇化合物如巯基乙醇存在下进行提取,酶促褐变被最小化。聚乙烯亚胺、金属螯合剂或某些温和洗涤剂(如Triton X-100或Tween 80)的添加也将酶促褐变降低。

使用搅拌机时,与酒精或丙酮等易燃溶剂混合时要小心。搅拌机使用有刷电机来实现高速运转,因此在运转过程中会产生火花。此外,混合时容易形成气溶胶。匀浆病变组织时,使用密封的搅拌器容器,并在通风良好的安全罩中操作。

冷冻断裂或冷冻硬化

微生物糊和动植物组织可以在液氮中冷冻,然后在同样的低温下用研钵和杵研磨。坚硬的冷冻细胞因其易碎性而破裂。此外,在如此低的温度下,内部冰晶可能会产生磨损。这一过程的最终产物可以是盐粒大小的极小组织块,也可以是几乎所有细胞都被破坏的制剂。关于后者,低温冷冻是一种机械细胞破碎方法,能够递送非常高分子量的DNA。

杵和管匀浆器(也称为组织研磨机)

用来破坏新鲜的动物组织。尽管研杵和试管均质器的变体有诸如波特、波特-埃尔维耶姆、唐斯和Ten Broeck之类的名称,但作为一个整体,它们由玻璃、惰性塑料或不锈钢制成的试管组成,其中插入了由类似材料制成的紧密配合的研杵,间隙约为0.1-0.2毫米。试管和研杵的壁可以是光滑的或经过研磨的。大多数组织必须用剪刀或单刃刀片切割或剁碎成小块(横截面约1毫米),然后悬浮在试管中3-10倍体积的培养基中。杵被手动操作到管的底部,从而当组织被迫在杵的紧密配合侧和管壁之间流动时撕裂和压碎组织。当杵缩回时,研磨动作再次发生。这种低剪切方法需要重复五到三十次才能使大多数组织均质化。当试管被手动升高和降低时,通过连接到电动机的研杵以大约500-1000 rpm的速度旋转来加速该过程。虽然杵和管均质很简单,使用的设备通常也不贵,但该过程是劳动密集型的,并且当使用易碎的玻璃均质器时,存在潜在的危险。即便如此,这种均质机仍因其极其温和的作用而继续受到欢迎。这通常是从脑或肝等动物软组织中制备少量亚细胞器的方法。微生物不能用杵式均质机破碎。

固体组织压榨机和分散机

有几种机械装置通过迫使固体组织样本穿过一系列小孔或不锈钢筛网来将软组织缩小到更小的尺寸。在大多数情况下,在均质化之前没有向样品中加入液体介质,并且根据所用的压机,排出的分散组织可以具有从汉堡肉到糊状肝酱的不同质地。虽然这不是破坏细胞的有效方法本身时,它被用作使用其他物理、化学或酶方法进行均质化的预备步骤。

家用绞肉机或绞肉机已经用于制备分散的动物组织几十年了。组织被机械地推过金属筛板上的小孔,同时旋转的刀片慢慢扫过筛板的表面,并将挤出的肉切成0.3 – 0.5毫米的碎片。如果组织稍微冷冻处理,绞肉机可以更好地切割肌肉等柔性组织。

超声波粉碎机

这些设备在液体介质中产生强烈的声波压力波,并广泛用于破坏细胞。在适当的条件下,高压波会在超声波探头表面附近形成短暂的微泡,这些微泡会剧烈生长和破裂。内爆产生的冲击波被称为空化,其能量足以撕裂细胞膜,甚至可以破坏共价键。

现代超声波处理器使用由锆钛酸铅晶体制成的压电发生器。振动通过钛金属喇叭或探针传递,该喇叭或探针被调整为使处理器单元以15-25 kHz的频率共振。超声波处理器的额定功率输出从10瓦到375瓦不等。真正重要的是探针的功率密度。正如预期的那样,需要更高的输出功率来维持大尺寸探头的良好性能。对于细胞破碎,探针密度应至少为100 W/cm2,并且振动幅度越大越好(典型范围:30-250微米)。