Zellaufschluss & Biologische Proben Vom Zellaufschluss bis zur Pulverisierung und Homogenisierung unterschiedlichster biologischer Proben
Die Aufbereitung von biologischen Proben wie Knochen, Pflanzen, Muskeln oder Sputum für die Analyse von DNA, RNA, Proteinen oder Metaboliten kann eine Herausforderung darstellen. RETSCH bietet Labormühlen, die Feststoffproben pulverisieren und homogenisieren, aber auch für den Zellaufschluss geeignet sind. RETSCH Mühlen werden u.a. in der Biotechnologie, Diagnostik, Forensik, Landwirtschaft und Mikrobiologie eingesetzt.
Zellaufschluss von Mikroorganismen (in Suspension)
Die Aufbereitung von biologischen Proben wie Knochen, Pflanzen, Muskeln oder Sputum für die Analyse von DNA, RNA, Proteinen oder Metaboliten kann eine Herausforderung darstellen. RETSCH bietet Labormühlen, die Feststoffproben pulverisieren und homogenisieren, aber auch für den Zellaufschluss geeignet sind. RETSCH Mühlen werden u.a. in der Biotechnologie, Diagnostik, Forensik, Landwirtschaft und Mikrobiologie eingesetzt.
Schwingmühle MM 400 - Aufschluss von Hefezellen*
*Das Video zeigt das Vorgängermodell mit identischem Funktionsprinzip.
Erhöhte Reproduzierbarkeit der Gesamtproteinkonzentration nach Zellaufschluss, 7 min in MM 400, 12 min Vortex; Fehlerbalken: % Standardabweichung
Zellen von Phaeodactylum tricornutum vor (links) und nach dem Zellaufschluss (rechts) mit der Schwingmühle MM 400 in Kombination mit dem Falcontube-Aapter.
Temperaturkontrolle für Bead Beating in Zellsuspension
Die Temperatur spielt eine entscheidende Rolle, insbesondere bei Anwendungen, bei denen temperaturempfindliche Proteine beteiligt sind. Eine Lösung ist die Kryogenvermahlung (siehe entsprechender Abschnitt), die andere die Kühlung der Zellsuspension.
Für die MM 400 hat sich gezeigt, dass der Temperaturanstieg in 2 ml Röhrchen selbst bei 30 Hz moderat ist; eine einfache Möglichkeit besteht darin, Pausen von mehr als 1 Minute einzulegen, in denen der Adapter mit den Röhrchen eine Minute lang in einem Eisbad gekühlt wird. Auf diese Weise bleibt die Temperatur unter 12-15°C, abhängig von der verwendeten Kugelgröße.
Eine Möglichkeit zur Steuerung der Temperaturentwicklung beim Bead Beating ist die Schwingmühle MM 500 control. Ein spezieller Adapter nimmt achtzehn 2-ml-Einwegfläschchen pro Charge auf. Die Maschine ist an einen Kühler mit 4°C gekühltem Wasser angeschlossen, der wiederum den Adapter kühlt, der die Fläschchen aufnimmt. Auf diese Weise wird die Temperatur der Suspension auf ca. 13°C gehalten, ohne die lästigen manuellen Unterbrechungsphasen in einem Eisbad. Die MM 500 control kann zwar nicht mit dem Einweg-Falcontube-Adapter betrieben werden, aber mit Edelstahl-Mahlgefäßen mit einem Volumen von 50, 80 oder 125 ml (siehe Beispiel links: P. pastoris).
Wird die Mühle mit Flüssigstickstoff und dem CryoPad betrieben und auf eine Temperatur von 0°C eingestellt, kann die Temperatur der Zellsuspension in 2 ml Einwegröhrchen sogar auf 0°C gehalten werden, ohne die Suspension einzufrieren, so dass ein effektives Bead Beating weiterhin möglich ist.
Messsystem GrindControl GrindControl macht sichtbar, was im Mahlbecher passiert – in Echtzeit.
GrindControl macht Prozesse im Mahlbecher in Echtzeit sichtbar. Druck und Temperatur werden kontinuierlich erfasst – für eine sichere, präzise Steuerung, auch bei empfindlichen oder reaktiven Materialien. Reagieren Sie prompt auf unerwartete Druckanstiege, behalten Sie temperaturkritische Proben und sogar mechanochemische Reaktionen jederzeit im Auge.
GrindControl auf einen Blick
- Echtzeit-Daten zu Druck & Temperatur
- Früherkennung kritischer Zustände
- Präzise Prozesssteuerung
- Schutz sensibler Materialien
- Reproduzierbare Ergebnisse
Homogenisierung von weichen und zähen biologischen Proben
Bei einigen biologischen Proben, wie z. B. Sputum von Mukoviszidose-Patienten oder Gewebeproben wie Leber, Lunge oder Tumoren, ist es manchmal schwierig, sie vollständig zu homogenisieren. Die 2-ml-Einmalgefäße sind oft zu klein, um das gesamte Probenvolumen aufzunehmen, so dass die Probe nach dem Homogenisierungsprozess geteilt und wieder zusammengeführt werden muss, was zusätzlichen Arbeits- und Zeitaufwand für die Laboranten bedeutet.
Größere Mahlbecher aus Edelstahl zum Beispiel können das gesamte Probenvolumen aufnehmen, müssen aber nach jedem Gebrauch gereinigt werden. Ein Adapter für die Schwingmühle MM 400 löst dieses Problem, indem er die Verwendung von 5 x 5 ml Einwegröhrchen ermöglicht, die mehr Kapazität haben und nicht gereinigt werden müssen. Pro Charge können 10 Proben gleichzeitig homogenisiert werden. Für die Homogenisierung von Gewebeproben können auch 50 ml Falcontubes verwendet werden. Hier können 8 Proben pro Charge in nur wenigen Minuten verarbeitet werden.
Leberprobe vor und nach der Homogenisierung in der MM 400
Kryogene Vermahlung biologischer Proben
Bei klebrigen Proben, wie z. B. Beeren, ist die kryogene Zerkleinerung oft die einzige praktikable Methode, um eine homogene Probe zu erhalten. In der Tabelle sind einige Beispiele von Probenmaterialien aufgeführt, die erfolgreich durch kryogene Vermahlung in der Schwingmühle MM 400 oder der CryoMill bearbeitet wurden. Für die Kryogenvermahlung in der MM 400 können 2-ml-Stahlgefäße verwendet werden. Ähnliche Effekte lassen sich in der MM 500 control mit Mahlbechern bis zu 125 ml für größere Probenmengen erzielen. Hier muss das CryoPad verwendet werden, um mit flüssigem Stickstoff zu arbeiten. Für kleinere Probenvolumina sind für alle genannten Mühlen auch 2 ml Edelstahlgefäße mit den entsprechenden Adaptern erhältlich.
| Probe | Zubehör | Aufgabemenge | Mahldauer | Geschwindigkeit | Max. Endfeinheit (d90)/ Ergebnisse |
|---|---|---|---|---|---|
| E. coli Bakterien |
|
2 x 10 ml gefrorene Zellpellets | 2 min | 30 Hz | vollständiger Zellaufschluss |
| Muskelgewebe |
|
10 g | 4 min | 25 Hz | 150 µm |
| Kiefernnadeln |
|
2 Nadeln pro Gefäß | 3 min | 30 Hz | Reproduzierbare RNA-Extraktion aus 20 Proben in einem Schritt |
| Beeren |
|
2 g | 40 secs | 20 Hz | <200 µm |
| Fingernägel |
|
1 Fingernagel pro Gefäß | 2 min | 25 Hz | <200 µm |
| Ratteninnereien |
|
1.8 g | 2 min | 30 Hz | <150 µm |
Zuverlässige RNA-Detektion in der Mückenüberwachung – effizient, reproduzierbar, temperaturkontrolliert
Surveillance-Labore stehen vor einer doppelten Herausforderung: Tausende Mücken-Pools müssen pro Saison auf virale RNA untersucht werden – schnell, verlässlich und ohne Qualitätsverlust. Mechanische Homogenisierung erzeugt dabei Reibungswärme, die RNA irreversibel schädigt und zu falsch-negativen PCR-Ergebnissen führt. Mit der MM 500 control lassen sich bis zu 36 Mücken-Pools gleichzeitig bei konstant unter 15 °C homogenisieren – ohne eine einzige manuelle Unterbrechung. Ein Aluminiumadapter überträgt die Chiller-Kühlung direkt auf 18 Eppendorf-Gefäße pro Station; Einweg-Reaktionsgefäße schützen zuverlässig vor Kreuzkontamination. Bis zu 12 gespeicherte SOPs standardisieren den Prozess über die gesamte Saison, unabhängig vom Bediener.
Empfehlungen für die Praxis
Proben sofort einfrieren, denn RNA-Degradation setzt bei Raumtemperatur innerhalb von Minuten ein; bewährt haben sich Edelstahlkugeln (2–3 mm) bei 25-28 Hz und 45-60 Sekunden Mahldauer, direkt als SOP im Gerät speicherbar. Labore unter GLP-Anforderungen profitieren vom optionalen GrindControl-System für lückenlose Echtzeit-Dokumentation von Temperatur und Druck.
Forensische Proben
Verfahren zur Gewinnung intakter Bakterienzellen aus Humangewebe
Geeignete Mühlen für den Zellaufschluss und die Probenhomogenisierung
White Paper und Fachberichte zum Thema
Temperaturregulierte Probenvorbereitung in der Biochemie
Bei biochemischen Analysen nimmt die Temperatur einen hohen Stellenwert ein. Damit die Eigenschaften biologischer Proben auch bei der Probenvorbereitung nicht verändert werden, ist eine kontinuierliche Kühlung oder sogar das Einfrieren des Probenmaterials erforderlich. In diesem Fachbericht werden die Möglichkeiten der temperaturregulierten Probenvorbereitung von biochemischen Proben mit der Schwingmühle MM 500 control aufgezeigt. Der temperaturkontrollierte Zellaufschluss, wie ihn ein globales Pharmaunternehmen durchführt, wird als Anwendungsbeispiel vorgestellt.
Cell disruption of parasites with Bead Beating
Giardia and Cryptosporidia are parasites which occur in water and can cause diarrhoea in humans. They are persistent forms found in water and are resistant to environmental influences and disinfectants. Detection and quantitative determination of the parasites are typically performed in accordance with ISO 15553 „Water Quality – Isolation and Enumeration of Cryptosporidium oocysts and Giardia cysts from water“. A German microbiological laboratory has now tested a mechanical approach by using RETSCH’s Mixer Mill MM 400 for bead beating.
Cryogenic Disruption of Yeast Cells
At the Ernst Ruska-Centre-3 (ER-C-3) for Microscopy and Spectroscopy with Electrons, one of the institutes of the renowned Forschungszentrum Jülich, researchers harness the power of cryo-electron microscopy and cryo-electron tomography to answer important questions regarding the structure and function of biological membranes and membrane-associated protein complexes. To this end, various cellular systems, including yeast, are used as models to study the membrane systems of interest.
Cryogenic disruption of yeast cells according to the Rout Protocol
The Michael Rout Lab at the Rockefeller University in New York, NY, initially contacted RETSCH Inc. in 2006 to discuss the possibility of using the Planetary Ball Mill to cryogenically grind yeast cell pellets. The aim of their experiment was to explore the construct of Nuclear Pore Complexes located on the cell walls of yeast cells. The decision to use a Planetary Ball Mill for this application was mainly based on the fact that it produces very small particle sizes which were considered an important prerequisite for more in-depth analysis of the yeast cells.
Prosthetic joint infections: New method allows for diagnostics of up to 8 samples with high documentation rate
One of the major risks of a joint replacement is prosthetic joint infection (PIJ), a bacterial infection at the interface of implant, tissue, and bone. In 2010, A.-L. Roux et al. published an article titled „Diagnosis of prosthetic joint infection by beadmill processing of a periprosthetic specimen.“ It describes a new diagnosis method of involved microbes, with an impressive documentation rate of more than 83% and, at the same time, a very low contamination rate of 8.7%. The method involves washing the microbes off the tissue samples in a RETSCH Mixer Mill within 210 seconds.
What Hair Reveals
The detection of illegal drugs and pharmaceuticals plays a role in various fields, for example in forensic science, road traffic accidents, in competitive sports or at the workplace. Hair has the great advantage of storing the substances for a long period, which means that detection is still possible several months after consumption of the drug. In addition to the detection of drugs, hair samples are also used for DNA analysis as well as for the analysis of heavy metals and minerals.
Wichtige Aspekte der Probenvorbereitung von biologischen Materialien
Biologische Proben kommen in allen Formen und Konsistenzen vor: harte Knochen, zähe, faserige Pflanzen, zähes und viskoses Sputum, weiches Muskel-, Tumor- oder Lebergewebe. Die Probenvorbereitung ist der erste Schritt in jedem analytischen Prozess. RETSCH bietet ein breites Programm an Brechern und Mühlen für die reproduzierbare Pulverisierung von Feststoffproben; einige Modelle sind für den Zellaufschluss und die Homogenisierung biologischer Proben bestens geeignet.
Cryogenic disruption of yeast cells according to the Rout Protocol
The Michael Rout Lab at the Rockefeller University in New York, NY, initially contacted RETSCH Inc. in 2006 to discuss the possibility of using the Planetary Ball Mill to cryogenically grind yeast cell pellets. The aim of their experiment was to explore the construct of Nuclear Pore Complexes located on the cell walls of yeast cells. The decision to use a Planetary Ball Mill for this application was mainly based on the fact that it produces very small particle sizes which were considered an important prerequisite for more in-depth analysis of the yeast cells.
Homogenization of tough biological secretions or tissue pieces
Sometimes the preparation and homogenization of biological samples can be as tough as the material itself. The widely used 2 ml single-use Eppendorf tubes are often not large enough to accommodate the whole sample volume; hence, the sample needs to be divided and reunited after the homogenization process which means an additional time-consuming working step in the lab routine. While it is true that usually larger sized grinding jars, e. g. of stainless steel, are available which accommodate the complete sample volume, these have the drawback of requiring cleaning after use.
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Mit einem umfassenden Netzwerk an Vertretungen stehen wir Ihnen flächendeckend zur Verfügung. Unsere Mitarbeiter beraten Sie gerne und umfassend über den Einsatz von RETSCH-Geräten für Ihre spezielle Anwendung.
Zellaufschluss & Biologische Proben - FAQ
Was versteht man unter "Bead Beating" für den Zellaufschluss?
Bead Beating ist ein mechanisches Verfahren, das häufig für den Zellaufschluss eingesetzt wird, um die Extraktion von Zellbestandteilen aus Mikroorganismen wie Bakterien, Hefe, Pilzen oder Mikroalgen zu erreichen. Bei dieser Technik scheren kleine Kügelchen die Zellen in einer Suspension, was sich in verschiedenen Größenordnungen mit unterschiedlichen Gefäßen und Röhrchen durchführen lässt. Die Automatisierung durch RETSCH Schwingmühlen mit Adaptern automatisiert das Bead Beating und gewährleistet, dass der Prozess schnell, effizient und reproduzierbar abläuft.
Die optimale Kugelgröße und weitere Parameter sind zelltypabhängig und lassen sich nur durch Experimentieren herausfinden. Die Schwingmühle MM 400 kann beispielsweise bis zu 20 Proben in 1,5 oder 2 ml Eppendorf-Gefäßen ohne Kreuzkontamination verarbeiten. Ein optionaler Adapter ermöglicht die Aufnahme von bis zu acht 50ml Falcontubes, was die Vielseitigkeit des Prozesses noch erhöht.
Wann setze ich die Kryogenvermahlung ein?
Die kryogene Zerkleinerung ist unverzichtbar, wenn es um schwierige Proben geht, die in herkömmlichen Puffersystemen nicht homogenisiert werden können. Dies gilt insbesondere für faserige Pflanzen, zähe Adern, Fingernägel oder bestimmte Tier- oder Tumorgewebe. Bei dieser Technik werden die Proben entweder vor oder während des Mahlvorgangs mit flüssigem Stickstoff eingefroren. Das macht die Proben spröde, was ihre Zerkleinerung zu homogenen Pulvern erleichtert.
Der Prozess der Kryogenvermahlung bietet deutliche Vorteile, da Proteine oder flüchtige Verbindungen, die sich bei höheren Temperaturen zersetzen oder verdampfen könnten, erhalten bleiben. Darüber hinaus erweist es sich als wirksam bei der Zerkleinerung intrazellulärer Organellen in bestimmten Organismen. Vor allem ist die kryogene Zerkleinerung die einzige praktikable Methode, um homogene Proben von klebrigen Materialien wie Beeren zu erhalten.
Um optimale Ergebnisse zu erzielen, kann die Kryogenvermahlung mit speziellen Labormühlen wie der CryoMill oder der Schwingmühle MM 400 durchgeführt werden, die 2ml Stahlgefäße aufnehmen kann. Die Schwingmühle MM 500 control, die speziell für die Arbeit mit flüssigem Stickstoff (LN2) entwickelt wurde, nimmt größere Mahlgefäße bis zu 125 ml auf.
Auswahl geeigneter Mühlen für die Zerkleinerung forensischer Proben wie Knochen und Haare
Für die Zerkleinerung forensischer Proben wie Knochen oder Zähne sind Backenbrecher oder Schneidmühlen die optimale Wahl für den ersten Schritt im Zerkleinerungsprozess. RETSCH bietet ein vielfältiges Programm an Schneidmühlen für die Vorzerkleinerung unterschiedlichster Probenmaterialien an, darunter weiche, mittelharte, elastische, zähe und faserige Substanzen. Durch umfangreiches Zubehör lassen sich diese Mühlen perfekt an die verschiedenen Anwendungen anpassen.
Die vielseitige SM 300 zum Beispiel verfügt über drei verschiedene Rotoren und Bodensiebe von 0,25 mm bis 20 mm sowie eine variable Drehzahl von 100 bis 3.000 min-1. Diese Flexibilität erlaubt die Anpassung der Schneidmühle an die spezifischen Anforderungen der forensischer Proben.
Für die weiteren Verarbeitungsschritte sollten Kugelmühlen mit Mahlkugeln von mehr als 5 mm Durchmesser verwendet werden, die aus Materialien wie Stahl, Zirkonoxid oder Wolframkarbid gefertigt sind. Für die Zerkleinerung von Haaren sind Schwingmühlen wie die MM 400 die beste Wahl.