Was versteht man unter Zellaufschluss und welche Zellaufschlussmethoden gibt es?

Dieser Blog behandelt grundlegende Aspekte des Zellaufschlusses, einer der Hauptanwendungen der Microfluidizer® -Technologie.

Was ist Zellaufschluss?

Zellaufschluss (auch als Lyse bekannt) bezeichnet den Prozess des Aufbrechens von biologischen Zellen, um Zellinhaltsstoffe extrahieren zu können. Intrazelluläre Komponenten, die nicht extrazellulär exprimiert werden, können durch Zellaufschluss gewonnen werden, z.B. verschiedene Proteine oder Virusvektoren. Damit ist der Aufschluss ein wichtiger Verfahrensschritt bei der Gewinnung einer Vielzahl biologischer Produkte wie Enzyme, Nukleinsäuren, Antigene für Impfstoffe oder Virusvektoren für Impfstoffe oder Gentherapie. Zellmembranaufschluss bezieht sich spezifisch auf die Lyse der Zellmembran.

Welche Bedeutung kommt der Zelllyse zu?

Zelllyse bezeichnet den Aufschluss einer Zelle, um den Zellinhalt, das Lysat, zu gewinnen. Üblicherweise wird dabei die Zellmembran oder Zellwand aufgebrochen, das Lysat wird dadurch freigesetzt.

Welche mechanischen Zellaufschlussmethoden gibt es?

Übliche mechanische Zellaufschlussverfahren sind, neben dem Einsatz eines Microfluidizer® Processors, der Aufschluss mit Hilfe von Kugel-/Perlmühle, Ultraschall, Hochdruckhomogenisation und French Press.

Die Microfluidizer®-Technologie nutzt eine Interaktionskammer (Interaction Chamber™) mit einem Mikrokanal einer festen Geometrie in Kombination mit hohen Prozessdrücken (bis 2000 bar) zur Erzeugung von Scherraten, die zum Zellaufschluss führen. Microfluidizer®-Equipment liefert aufgrund der Kombination von konstanten Prozessdrücken mit fester Geometrie gleichmäßige sowie reproduzierbare Resultate. Darüber hinaus verfügen die Maschinen über sehr effektive Kühlmethoden, so dass der Temperaturanstieg während des Prozesses, der zur Beschädigung mancher intrazellulärer Bestandteile führen kann, limitiert wird. Eine Vielzahl von Unternehmen und Forschungseinrichtungen nutzt die Microfluidizer^®-Technologie für den Zellaufschluss ohne jegliche temperaturbedingte Denaturierung von Proteinen.

Beim Mahlen mit Kugel- oder Perlmühlen wird eine Suspension in einer rotierenden Mahlkammer, die mit Metall- oder Keramikkugeln gefüllt ist, zerkleinert. Diese Zerkleinerungswirkung führt bei Zellsuspensionen zum Aufschluss. Nachteile dieses Verfahrens sind schwierige Temperaturkontrolle und Kontamination durch Mahlkörperabrieb.

Ultraschallgeräte setzen Ultraschallwellen zum Zellaufschluss ein. Dies ist häufig eine effiziente Methode zur Lyse, aber problematische Temperierung durch lokale Überhitzungen und limitierte Skalierbarkeit begrenzen ihren Einsatz.

Hochdruckhomogenisatoren sind Maschinen, bei denen das Produkt unter hohen Drücken durch einen engen Spalt, üblicherweise in einem Ventil, gepresst wird. Die Kühlung kann bei diesen Maschinen schwierig sein, und aufgrund variabler Prozessdruckprofile in Kombination mit der beweglichen Ventilgeometrie ist die Reproduzierbarkeit und Homogenität der Verarbeitung nicht einfach zu gewährleisten.

Eine French Press nutzt ebenfalls hohe Prozessdrücke, um die Zellsuspension durch eine schmale Öffnung zu pressen. Es handelt sich allerdings um einen sehr manuellen Prozess für den Labormaßstab, der nicht skalierbar ist. Auch die Produktkühlung ist häufig nicht zufriedenstellend.

Mehr zum Thema “Zellaufschluss”

Hier finden Sie weitergehende Informationen zum Themenbereich Zellaufschlusssysteme, Zellaufschluss, Lyse und Homogenisation. Über den nachfolgenden Link können Sie die Applikationsnotiz Zell-Lyse für die Gentherapie herunterladen.