Desde la década de 1940, la alta presión se ha utilizado como un método de disrupción celular, especialmente por la Prensa de Celdas de Presión Francesa, o Prensa Francesa para abreviar. Este método fue desarrollado por Charles Stacy French y utiliza alta presión para forzar las células a través de un orificio estrecho, haciendo que las células se lisen debido a las fuerzas de corte experimentadas a través del diferencial de presión. Si bien las prensas francesas se han convertido en un elemento básico en muchos laboratorios de microbiología, su producción se ha interrumpido en gran medida, lo que ha llevado a un resurgimiento en aplicaciones alternativas de tecnología similar.
Los disruptores de células físicas modernos normalmente funcionan a través de presión neumática o hidráulica. Aunque las máquinas neumáticas son típicamente de menor costo, su rendimiento puede ser poco confiable debido a las variaciones en la presión de procesamiento a lo largo de la carrera de la bomba de aire. Generalmente se considera que las máquinas hidráulicas ofrecen una capacidad de lisado superior, especialmente cuando se procesan muestras más difíciles de romper, como levaduras o bacterias grampositivas, debido a su capacidad para mantener una presión constante durante toda la carrera del pistón. Como la prensa francesa, que funciona con presión hidráulica, es capaz de más del 90% de lisis de los tipos de células más utilizados, a menudo se toma como el estándar de oro en rendimiento de lisis y las máquinas modernas a menudo se comparan con ella no solo en términos de eficiencia de lisis, sino también en términos de seguridad y facilidad de uso. Algunos fabricantes también están tratando de mejorar el diseño tradicional alterando las propiedades dentro de estas máquinas, aparte de la presión que impulsa la muestra a través del orificio. Un ejemplo de ello es Constant Systems, que recientemente ha demostrado que sus disruptores celulares no solo coinciden con el rendimiento de una prensa francesa tradicional, sino que también se esfuerzan por lograr los mismos resultados a una potencia mucho menor.
Tecnología de Ciclo de presión («PCT»). PCT es una plataforma tecnológica patentada que utiliza ciclos alternos de presión hidrostática entre niveles ambientales y ultra-altos (hasta 90.000 psi) para controlar de forma segura, cómoda y reproducible las acciones de las moléculas en muestras biológicas, p. ej., la ruptura (lisis) de células y tejidos de fuentes humanas, animales, vegetales y microbianas, y la inactivación de patógenos. Los sistemas mejorados por el PCT (instrumentos y consumibles) abordan algunos problemas difíciles inherentes a la preparación de muestras biológicas. Las ventajas del PCT incluyen: (a) extracción y recuperación de más proteínas de membrana, (b) mejora de la digestión de proteínas, (c) lisis diferencial en una base de muestra mixta, (d) inactivación de patógenos, (e) mayor detección de ADN, y (f) exquisito control del proceso de preparación de muestras.
El método de microfluidizador utilizado para la disrupción celular influye fuertemente en las propiedades fisicoquímicas de la suspensión celular lisada, como el tamaño de partícula, la viscosidad, el rendimiento de proteínas y la actividad enzimática. En los últimos años, el método de microfluidizador ha ganado popularidad en la disrupción celular debido a su facilidad de uso y eficiencia en la disrupción de muchos tipos diferentes de células. La tecnología de microfluidizador fue licenciada por una compañía llamada Arthur D. Little y se desarrolló y utilizó por primera vez en la década de 1980, inicialmente como una herramienta para la creación de liposomas. Desde entonces se ha utilizado en otras aplicaciones, como nanoemulsiones de disrupción celular y reducción del tamaño de partículas sólidas, entre otras.
Mediante el uso de microcanales con geometría fija y una bomba intensificadora, se generan altas tasas de cizallamiento que rompen las celdas. Este método de lisis celular puede producir roturas de más del 90% de las células de E. coli.
Muchas proteínas son extremadamente sensibles a la temperatura, y en muchos casos pueden comenzar a desnaturalizarse a temperaturas de solo 4 grados celsius. Dentro de los microcanales, las temperaturas superan los 4 grados celsius, pero la máquina está diseñada para enfriarse rápidamente, de modo que el tiempo de exposición de las células a temperaturas elevadas es extremadamente corto (tiempo de residencia de 25 ms a 40 ms). Debido a este control eficaz de la temperatura, el microfluidizador produce niveles más altos de proteínas activas y enzimas que otros métodos mecánicos cuando las proteínas son sensibles a la temperatura.
Los cambios de viscosidad también se observan a menudo cuando se interrumpen las células. Si la viscosidad de la suspensión celular es alta, puede hacer que el manejo aguas abajo, como la filtración y el pipeteo preciso, sea bastante difícil. Los cambios de viscosidad observados con un microfluidizador son relativamente bajos, y disminuyen con pasadas adicionales a través de la máquina.
A diferencia de otros métodos de interrupción mecánica, el Microfluidizador rompe las membranas celulares de manera eficiente pero suave, lo que resulta en fragmentos de pared celular relativamente grandes (450 nm), y por lo tanto facilita la separación del contenido celular. Esto puede conducir a tiempos de filtración más cortos y una mejor separación por centrifugación.
La tecnología de microfluidizador escala de un mililitro a miles de litros.
