細胞破碎

細胞破損是一種從細胞內部釋放生物分子的方法或過程。

使用克隆和培養方法生產具有生物學意義的分子可以研究和制造相關分子。 除了分泌的分子外，產生感興趣分子的細胞必須被破壞。 本頁討論各種方法。 另一種破壞方法稱為細胞開頂。

一種常見的實驗室規模的細胞破碎機械方法使用直徑為 0.1 至 2 毫米的玻璃、陶瓷或鋼珠與懸浮在水性介質中的樣品混合。 蒂姆·霍普金斯 (Tim Hopkins) 于 1970 年代末首先開發了樣品和珠子混合物，通過攪拌或搖動進行高水平攪動。 珠子與細胞樣品碰撞，裂開細胞釋放細胞間成分。 與其他一些方法不同，在均質化過程中機械剪切適中，從而產生出色的膜或亞細胞制劑。 這種方法通常稱為珠磨，適用于所有類型的細胞材料——從孢子到動植物組織。 它是使用最廣泛的酵母裂解方法，可以產生遠超過 50%（高達 95%）的破損率。 與其他機械細胞破碎方法相比，它的優勢在于能夠破碎非常小的樣本量，一次處理許多樣本而沒有交叉污染問題，并且在此過程中不會釋放潛在有害的氣溶膠。

在該方法的最簡單示例中，將等體積的珠子添加到試管中的細胞或組織懸浮液中，然后在普通實驗室渦旋混合器上劇烈混合樣品。 雖然處理時間較慢，比專用搖床長 3-10 倍，但它適用于容易破裂的細胞并且價格低廉。

成功的珠粒跳動不僅取決于搖床的設計特征（考慮到每分鐘的搖擺次數、搖擺距離或距離、搖擺方向和小瓶方向），還取決于正確的珠子尺寸（直徑 0.1-6 毫米）的選擇 、珠子成分（玻璃、陶瓷、鋼）和小瓶中的珠子負載。

在大多數實驗室中，珠粒跳動以 1 到 24 個密封的塑料小瓶或離心管的批量大小進行。 樣品和微小的珠子在專門設計的由大功率電動機驅動的往復式振動器中以每分鐘約 2000 次振蕩的速度攪拌。 搖動 1-3 分鐘即可完成細肌破碎。 使用稱為 SoniBeast 的珠粒機變體可以顯著加快細胞破碎率。 與傳統機器不同，它使用渦流運動以 20,000 oscl/min 的速度攪動珠子。 容納深孔微量滴定板的大型珠粒攪拌機也縮短了處理時間，設計用于將珠子快速加載到多個小瓶或微孔板中的珠子分配器也是如此。 還提供預裝小瓶和微孔板。

所有高能珠磨機都會以大約 10 度/分鐘的速度加熱樣品。 這是由于均化過程中珠子的摩擦碰撞。 在珠打期間或之后可能需要冷卻樣品，以防止對熱敏蛋白（如酶）造成損害。 樣品加熱可以通過在每個間隔之間在冰上冷卻的短時間間隔的珠磨來控制，通過在預冷的鋁瓶架中處理小瓶或在珠磨期間通過機器循環氣態冷卻劑。

一種不同的珠粒攪拌器配置適用于更大的樣品體積，在 15、50 或 200 毫升的腔室內使用旋轉的碳氟化合物轉子來攪動珠子。 在這種配置中，腔室可以被靜態冷卻套包圍。 使用相同的轉子/室配置，大型商用機器可用于處理許多升的細胞懸浮液。 目前，這些機器僅限于處理單細胞生物，如酵母、藻類和細菌。

具有堅韌細胞外基質的樣品，如動物結締組織、一些腫瘤活檢樣品、靜脈組織、軟骨、種子等，在液氮溫度下通過沖擊粉碎被還原成細粉。 這種稱為冷凍粉碎的技術基于這樣一個事實，即含有大量水的生物樣品在極冷的溫度下會變脆。 1975 年，Smucker 和 Pfister 首次描述了這項技術，他們將這項技術稱為低溫沖擊。 作者證明了這種方法可以有效地破壞細胞，通過相位顯微鏡和電子顯微鏡證實，破壞平面穿過細胞壁和細胞質膜。

該技術可以通過使用冷卻到液氮溫度的研缽和研杵來完成，但使用這種經典設備很費力，而且樣品損失通常是一個問題。