Ruptura Celular & Amostras Biológicas DE RUPTURA DE CÉLULAS A HOMOGENEIZAÇÃO E PULVERIZAÇÃO DE UMA GRANDE VARIEDADE DE MATERIAIS BIOLÓGICOS
Preparar amostras biológicas como ossos, plantas, músculos ou muco para análise de DNA, RNA, proteínas ou metabólitos pode ser um desafio. A RETSCH conta com moinhos de laboratório que pulverizam e homogeneízam amostras sólidas, mas também são apropriadas para ruptura celular. Os moinhos RETSCH são usados em áreas como biotecnologia, diagnósticos, ciência forense, agricultura e microbiologia.
Ruptura de células de microrganismos (em suspensão)
Preparar amostras biológicas como ossos, plantas, músculos ou muco para análise de DNA, RNA, proteínas ou metabólitos pode ser um desafio. A RETSCH conta com moinhos de laboratório que pulverizam e homogeneízam amostras sólidas, mas também são apropriadas para ruptura celular. Os moinhos RETSCH são usados em áreas como biotecnologia, diagnósticos, ciência forense, agricultura e microbiologia.
Moinho misturador MM 400 - Ruptura de células de levedura*
*O vídeo mostra o modelo anterior com princípio funcional idêntico.
Reprodutibilidade aumentada do total de concentração de proteína após ruptura de célula, 7 minutos no MM 400, 12 minutos no Vortex.
Barras de erro: % de desvio de padrão
O MM 400 processa até 20 amostras em tubos Eppendorf de 1.5 ou 2 ml sem contaminação cruzada, o que poupa o tempo do operador. Além disso, um adaptador está disponível para acomodar até tubos Falcon de até 50 ml. O tamanho ideal de esferas para ruptura celular varia baseado no tipo de célula; para bactéria e fermento, esferas de vidro variando de 0.75 a 1.5 mm são recomendáveis, enquanto esferas menores de 0.1 a 0.5 mm são mais ideais para fungos e microalgas. Para extração de DNA ou RNA, tubos descartáveis menores de ate 2 ml são ideais, enquanto frascos maiores como tubos Falcon de 50 ml são melhores para processar proteínas e metabólitos. Os parâmetros de batimento de esferas ideais variam de acordo com o tipo de célula. Podem ser necessários alguns experimentos até encontrar os melhores resultados. Normalmente, 30 segundos (a maioria das microalgas) a 7 minutos (fermentos em geral) de batimento de esferas são necessários para total ruptura das células. Ao aceitar até 50 frascos descartáveis de 2 ml, o Misturador MM 500 Vario efetivamente aumenta a taxa de transferência de amostras.
Células de phaeodactylum tricornutum antes (esquerda) e depois da ruptura de células (direita) com o Moinho Misturador MM 400 em combinação com o adaptador de tubos Falcon.
Temperatura de controle para batimento de esferas em suspensão de células
A temperatura desempenha um papel crucial, especialmente para aplicações onde proteínas sensíveis à temperatura estão envolvidas. Uma solução é a moagem criogênica (ver seção correspondente), a outra é resfriar a suspensão celular. Para o MM 400, foi demonstrado que o aumento de calor em tubos de 2 ml é moderado mesmo a 30 Hz; uma maneira simples é interromper os tempos de ruptura de menos de 1 minuto com o resfriamento do adaptador com os frascos em um banho de gelo por um minuto. Desta forma, a temperatura permanecerá abaixo de 12-15°C, dependendo do tamanho das esferas usadas.
Uma maneira de controlar o desenvolvimento da temperatura no batimento de esferas é usando o Mixer Mill MM 500 control. Um adaptador especial acomoda 18 frascos descartáveis de 2 ml por lote. A máquina é conectada a um chiller com água resfriada a 4°C que, por sua vez, resfria o adaptador que segura os frascos. Desta forma, a temperatura da suspensão é mantida em torno de 13°C, mas sem as inconvenientes fases de interrupção manual em um banho de gelo. Enquanto o MM 500 control não aceita o adaptador de tubo descartável falcon, ele pode ser usado com frascos de moagem de aço inoxidável nos volumes de 50, 80 ou 125 ml (veja o exemplo à esquerda: P. pastoris).
Se o moinho for utilizado com nitrogênio líquido e o CryoPad e ajustado para uma temperatura de 0°C, a temperatura da suspensão celular em tubos descartáveis de 2 ml pode ser mantida em 0°C sem congelar a suspensão, de modo que a batida de esferas efetiva ainda é possível.
Sistema de medição GrindControl O GrindControl mostra o que está acontecendo dentro do vaso de moagem – em tempo real
O GrindControl oferece visibilidade em tempo real dos processos dentro do vaso de moagem. A pressão e a temperatura são monitoradas continuamente — garantindo um controle preciso e seguro, mesmo com materiais sensíveis ou reativos. Reaja prontamente a picos de pressão inesperados e mantenha sempre um olhar atento em amostras sensíveis à temperatura e até mesmo em reações mecanoquímicas.
GrindControl em um relance
- Dados em tempo real sobre pressão e temperatura
- Detecção precoce de condições críticas
- Controle de processo preciso
- Proteção de materiais sensíveis
- Resultados reprodutíveis
Homogeneização de amostras macias e resistentes
Algumas amostras biológicas, como muco de pacientes com fibrose cística ou espécimes de tecidos como fígado, pulmão ou tumores, às vezes são mais difíceis de homogeneizar completamente. Os tubos descartáveis de 2 ml muitas vezes são pequenos demais para comportar todo o volume da amostra, então a amostra tem que ser dividida e recombinada após o processo de homogeneização, o que adiciona trabalho extra e tempo à rotina do laboratório. Grandes frascos de moagem feitos de aço inoxidável, por exemplo, podem conter todo o volume da amostra, mas precisam ser limpos após cada uso. Um adaptador para o Mixer Mill MM 400 resolve esse problema permitindo o uso de 5 x tubos descartáveis de 5 ml, que têm mais capacidade e não requerem limpeza. Por lote, 10 amostras podem ser homogeneizadas simultaneamente. Tubos falcon de 50 ml também podem ser usados para homogeneizar amostras de tecido. Aqui, 8 amostras por lote podem ser processadas em apenas alguns minutos.
Amostra de fígado antes e depois da homogeneização no MM 400
Moagem criogênica de amostras biológicas
Algumas amostras biológicas, como plantas fibrosas, veias duras, unhas, ou alguns tecidos animais ou de tumor, são difíceis de homogeneizar num sistema tampão. Eles são macios, duros ou fibrosos demais para ser pulverizados de maneira efetiva em suspensão. Uma alternativa melhor para estas amostras é a moagem criogênica, que envolve congelá-las em nitrogênio líquido antes ou durante o processo de moagem. Esta técnica faz as amostras quebradiças e fáceis de moer até formarem um pó homogêneo. A moagem criogênica também tem o benefício de preservar a integridade de proteínas ou compostos voláteis que podem se degradas ou evaporar em temperaturas mais altas, por exemplo. Além disso, a moagem criogênica pode quebrar as organelas intracelulares de alguns organismos, como fermento.
Para amostras pegajosas como framboesa, a moagem criogênica é frequentemente o único método possível para obter uma amostra uniforme. A tabela lista alguns exemplos de materiais de amostra que foram processados de maneira bem sucedida pela moagem criogênica no Moinho Misturador MM 400 ou no CryoMill. Tubos de aço de 2 ml pode ser usados para moagem criogênica no MM 400. Efeitos similares podem ser obtidos no MM 500 control com potes de moagem de até 125 ml para volumes maiores de amostra. Aqui, o CryoPad deve ser usada para trabalhar com nitrogênio líquido. Em todos os moinhos mencionados, tubos de aço de 2 ml e os adaptadores correspondentes também são disponíveis para um volume de amostras menor.
| Amostra | Acessórios | Feed quantity | Tempo de moagem | Velocidade | Máx. finura final (d90)/ Resultados |
|---|---|---|---|---|---|
| E. coli Bactéria |
|
2 x pellets de células congeladas de 10 ml | 2 min | 30 Hz | Ruptura celular completa |
| Tecido muscular |
|
10 g | 4 min | 25 Hz | 150 µm |
| Folha de pinheiro |
|
2 needles per vial | 3 min | 30 Hz | Extração de 20 amostras de RNA reproduzível em um passo |
| frutas vermelhas |
|
2 g | 40 secs | 20 Hz | <200 µm |
| Unhas |
|
1 unha por frasco | 2 min | 25 Hz | <200 µm |
| Estômago de rato |
|
1.8 g | 2 min | 30 Hz | <150 µm |
antes e depois de moagem criogênica
antes e depois da moagem criogênica
Reliable RNA Detection in Mosquito Surveillance – Efficient, Reproducible, Temperature-Controlled
Surveillance laboratories face a dual challenge: thousands of mosquito pools must be screened for viral RNA every season – rapidly, reliably, and without loss of sample quality. Mechanical homogenization generates frictional heat that irreversibly damages RNA and leads to false-negative PCR results. With the MM 500 control, up to 36 mosquito pools can be homogenized simultaneously at a constant temperature below 15 °C – without a single manual interruption. An aluminium adapter transfers the chiller cooling directly to 18 Eppendorf tubes per grinding station; single-use reaction vessels reliably prevent cross-contamination. Up to 12 stored SOPs standardize the process across the entire season, regardless of the operator.
Recommendations for Practice
Freeze samples immediately after collection, as RNA degradation begins within minutes at room temperature; stainless steel balls (2–3 mm) at 25-28 Hz and 45-60 seconds grinding time have proven effective and can be saved directly as an SOP on the instrument. Laboratories operating under GLP requirements benefit from the optional GrindControl system for seamless real-time documentation of temperature and pressure.
Amostras forenses
Amostras forenses como cabelo, ossos e dentes são frágeis e, portanto, normalmente não precisam de resfriamento antes da pulverização. Para alcançar a finura analítica desejada, as amostras devem passar por uma moagem preliminar num britador de mandíbulas ou moinho de corte para reduzir o tamanho de suas partículas para menos que 10 mm para processamento maior num moinho de bolas. Moinhos de corte são usados para uma moagem prévia de ossos que podem estar frescos e, portanto, não estão completamente secos e podem até conter resíduos de carne. RETSCH oferece uma variedade de moinhos de corte para redução primária de tamanho de materiais de amostra macios, de dureza média, elásticos, resistentes e fibrosos. A grande variedade de acessórios permite uma adaptação otimizada a várias aplicações. O SM 300 pode ser ajustado com 3 rotores diferentes e peneiras inferiores de 0.25 a 20 mm. Diferente de ossos frescos e gordurosos, ossos secos podem ser reduzidos a um tamanho de menos de 0.25 mm em um ou dois passos. O SM 300 possui uma velocidade variável de 100 a 3.000 rpm. A pulverização de ossos ou dentes ou cabelo são majoritariamente conduzidos em moinhos de bolas utilizando esferas de mais de 5 mm feitas de aço, óxido de zircônio ou carbeto de tungstênio.
Procedimento de lavagem para obter células intactas de tecido humano
Uma das potenciais complicações da cirurgia de substituição articular, como para cotovelos ou joelhos, é a infecção do tecido circundante por várias bactérias. Essas infecções, chamadas infecções de prótese articular (PJI), podem ocorrer a qualquer momento, desde alguns dias até vários anos após a cirurgia. Elas são difíceis de tratar porque diferentes tipos de bactérias podem causá-las, e nem sempre são detectadas pelos métodos convencionais. Portanto, é necessário isolar as bactérias das amostras de tecido de uma maneira que preserve sua viabilidade e permita sua identificação e cultivo. É aqui que o Mixer Mill MM 400 pode ajudar com um procedimento simples: As amostras são misturadas com 20 ml de água desmineralizada estéril e 5 ml de esferas de vidro de 1 mm em um frasco de aço esterilizado. Podem ser utilizados frascos descartáveis de boca larga de 30 ml. Até 8 frascos são agitados por 3,5 minutos a 30 Hz para remover as bactérias das amostras sem destruí-las. As bactérias podem então ser facilmente cultivadas em uma placa de ágar para análises posteriores. Este método tem uma alta taxa de detecção (A.-L. Roux et. al., 2010) e pode ser aplicado a qualquer amostra de tecido sólido infectado, mesmo que contenha material implantado.
Moinhos apropriados para ruptura de células e homogeneização de amostras
Tenha mais informações com nossos whitepapers e artigos
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.
Temperature-controlled preparation of biochemical samples
The temperature plays an important role in biochemical analyses. To ensure that the properties of biological samples are not altered during sample preparation, it is necessary to continuously cool or sometimes even freeze the sample material. This application article describes how the Mixer Mill MM 500 control with its possibilities of temperature-controlled sample processing is used for preparing biochemical samples. As an application example, we present the cell disruption process of a global pharmaceutical and diagnostics company.
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.
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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.
White Paper: Important Aspects of Sample Preparation of Biological Materials
Biological samples exist in all shapes and sizes: hard bones, tough and fibrous plants, tough and viscous sputum, soft muscles, tumor or liver tissue. Not to mention the millions of cells such as yeast, bacteria or algae, which have to be disrupted for applications such as DNA or RNA isolation or protein extraction. Retsch offers a range of mills and grinders for easy and reproducible pulverization of solid sample materials some of which are also suitable for cell disruption and homogenization of biological sample materials.
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Mundialmente, a RETSCH possui suas subsidiárias próprias além de uma ampla rede de empresas e agências coligadas em mais de 80 países. Isto assegura disponibilidade de assessoria especializada para produtos e aplicações em todo o mundo, bem como uma abrangente assistência técnica.
Ruptura Celular & Amostras Biológicas - FAQ
O que é batimento de esferas para ruptura de células?
Batimento de esferas, um método mecânico grandemente utilizado para ruptura de células, é crucial para extrair componentes celulares de microrganismos como bactéria, fermento, fungos ou microalgas. Este processo envolve o uso de esferas para quebrar células em suspensão e podem ser conduzidas em escalas variadas usando diferentes frascos e tubos. A automatização fornecida pelos Moinhos Misturadores da RETSCH com adaptadores agilizam o processo de batimento de esferas, garantindo que é rápido, eficiente e reproduzível. O batimento de esferas otimizados e seus parâmetros dependem do tipo de célula, necessitando de experimentos para alcançar os melhores resultados. O MM 400, por exemplo, pode processar até 20 amostras em tubos Eppendorf de 1.5 ou 2 ml sem contaminação cruzada. Um adaptador disponível permite acomodar tubos Falcon de até 50 ml, adicionando versatilidade ao processo.
Quando utilizar a moagem criogênica?
A moagem criogênica se torna essencial quando manuseado amostras desafiadores que resistem a homogeneização em sistemas convencionais. Isto é particularmente verdade para plantas fibrosas, veias resistentes, unhas, ou tecidos específicos de animais ou de tumor. A técnica envolve a aplicação de nitrogênio líquido para congelar as amostras antes ou durante o processo de moagem. O congelamento criogênico torna as amostras frágeis, facilitando sua moagem até se tornar um pó homogêneo. O processo de moagem criogênica oferece vantagens distintas, preservando a integridade de proteínas ou componentes voláteis que podem degradar ou evaporar em altas temperaturas. Adicionalmente, o processo se prova efetivo ao quebrar organelas intracelulares em certos organismos. Notavelmente, moagem criogênica é o único método para conseguir amostras uniformes de materiais pegajosos, como framboesas. Para resultados otimizados, moagem criogênica pode ser efetuada utilizando equipamento especializado como o CryoMill ou o Moinho Misturador MM 400 que acomoda tubos de aço de 2 ml. O Moinho Misturador MM 500 Control, que é especificamente projetado para trabalhar com nitrogênio líquido (LN2), aceita potes de moagem de até 125 ml.
Escolhendo os moinhos ideais para pulverizar amostras forenses como ossos e cabelo
Quando se trata de pulverizar amostras forenses como ossos ou dentes, britadores de mandíbula ou moinhos de corte são as melhores escolhas para o primeiro passo no processo de redução de tamanho. RETSCH oferece uma gama diversa de moinhos de corte projetados principalmente para redução de tamanho de uma variedade de materiais de amostra, incluindo substâncias macias, de dureza média, elásticas, resistentes e fibrosas. A gama extensiva de acessórios garante que estes moinhos podem ser personalizados para atender várias aplicações de maneira fácil. O versátil SM 300, por exemplo, conta com 3 rotores diferentes e peneiras inferiores variando de 0.25 mm a 20 mm, com uma velocidade variável de 100 a 3.000 rpm. A flexibilidade faz dele um excelente equipamento para adaptar-se a necessidades específicas de processamento de amostra forense. Para as etapas subsequentes do processamento, considere utilizar moinhos de bola equipados com esferas maiores que 5 mm, confeccionadas com materiais como aço, óxido de zircônia ou carbeto de tungstênio. Para a pulverização de cabelo, moinhos misturadores como o MM 400 são a melhor opção.