细胞破碎

细胞破损是一种从细胞内部释放生物分子的方法或过程。

使用克隆和培养方法生产具有生物学意义的分子可以研究和制造相关分子。 除了分泌的分子外，产生感兴趣分子的细胞必须被破坏。 本页讨论各种方法。 另一种破坏方法称为细胞开顶。

一种常见的实验室规模的细胞破碎机械方法使用直径为 0.1 至 2 毫米的玻璃、陶瓷或钢珠与悬浮在水性介质中的样品混合。 蒂姆·霍普金斯 (Tim Hopkins) 于 1970 年代末首先开发了样品和珠子混合物，通过搅拌或摇动进行高水平搅动。 珠子与细胞样品碰撞，裂开细胞释放细胞间成分。 与其他一些方法不同，在均质化过程中机械剪切适中，从而产生出色的膜或亚细胞制剂。 这种方法通常称为珠磨，适用于所有类型的细胞材料——从孢子到动植物组织。 它是使用最广泛的酵母裂解方法，可以产生远超过 50%（高达 95%）的破损率。 与其他机械细胞破碎方法相比，它的优势在于能够破碎非常小的样本量，一次处理许多样本而没有交叉污染问题，并且在此过程中不会释放潜在有害的气溶胶。

在该方法的最简单示例中，将等体积的珠子添加到试管中的细胞或组织悬浮液中，然后在普通实验室涡旋混合器上剧烈混合样品。 虽然处理时间较慢，比专用摇床长 3-10 倍，但它适用于容易破裂的细胞并且价格低廉。

成功的珠粒跳动不仅取决于摇床的设计特征（考虑到每分钟的摇摆次数、摇摆距离或距离、摇摆方向和小瓶方向），还取决于正确的珠子尺寸（直径 0.1-6 毫米）的选择 、珠子成分（玻璃、陶瓷、钢）和小瓶中的珠子负载。

在大多数实验室中，珠粒跳动以 1 到 24 个密封的塑料小瓶或离心管的批量大小进行。 样品和微小的珠子在专门设计的由大功率电动机驱动的往复式振动器中以每分钟约 2000 次振荡的速度搅拌。 摇动 1-3 分钟即可完成细肌破碎。 使用称为 SoniBeast 的珠粒机变体可以显着加快细胞破碎率。 与传统机器不同，它使用涡流运动以 20,000 oscl/min 的速度搅动珠子。 容纳深孔微量滴定板的大型珠粒搅拌机也缩短了处理时间，设计用于将珠子快速加载到多个小瓶或微孔板中的珠子分配器也是如此。 还提供预装小瓶和微孔板。

所有高能珠磨机都会以大约 10 度/分钟的速度加热样品。 这是由于均化过程中珠子的摩擦碰撞。 在珠打期间或之后可能需要冷却样品，以防止对热敏蛋白（如酶）造成损害。 样品加热可以通过在每个间隔之间在冰上冷却的短时间间隔的珠磨来控制，通过在预冷的铝瓶架中处理小瓶或在珠磨期间通过机器循环气态冷却剂。

一种不同的珠粒搅拌器配置适用于更大的样品体积，在 15、50 或 200 毫升的腔室内使用旋转的碳氟化合物转子来搅动珠子。 在这种配置中，腔室可以被静态冷却套包围。 使用相同的转子/室配置，大型商用机器可用于处理许多升的细胞悬浮液。 目前，这些机器仅限于处理单细胞生物，如酵母、藻类和细菌。

具有坚韧细胞外基质的样品，如动物结缔组织、一些肿瘤活检样品、静脉组织、软骨、种子等，在液氮温度下通过冲击粉碎被还原成细粉。 这种称为冷冻粉碎的技术基于这样一个事实，即含有大量水的生物样品在极冷的温度下会变脆。 1975 年，Smucker 和 Pfister 首次描述了这项技术，他们将这项技术称为低温冲击。 作者证明了这种方法可以有效地破坏细胞，通过相位显微镜和电子显微镜证实，破坏平面穿过细胞壁和细胞质膜。

该技术可以通过使用冷却到液氮温度的研钵和研杵来完成，但使用这种经典设备很费力，而且样品损失通常是一个问题。