Dal 1940 l’alta pressione è stata utilizzata come metodo di interruzione delle cellule, in particolare dalla Pressure Cell Press, o French Press in breve. Questo metodo è stato sviluppato da Charles Stacy French e utilizza l’alta pressione per forzare le cellule attraverso un orifizio stretto, causando le cellule a lisi a causa delle forze di taglio sperimentate attraverso il differenziale di pressione. Mentre le presse francesi sono diventate un elemento fondamentale in molti laboratori di microbiologia, la loro produzione è stata in gran parte interrotta, portando a una rinascita in applicazioni alternative di tecnologia simile.
I moderni disgregatori di celle fisiche operano tipicamente tramite pressione pneumatica o idraulica. Sebbene le macchine pneumatiche siano in genere a costi inferiori, le loro prestazioni possono essere inaffidabili a causa delle variazioni della pressione di lavorazione durante la corsa della pompa dell’aria. Si ritiene generalmente che le macchine idrauliche offrano una capacità di lisatura superiore, specialmente quando si elaborano campioni più difficili da rompere come lieviti o batteri Gram-positivi, grazie alla loro capacità di mantenere una pressione costante durante la corsa del pistone. Poiché la pressa francese, che è azionata dalla pressione idraulica, è in grado di oltre il 90% di lisi dei tipi di cellule più comunemente usati, viene spesso considerata come il gold standard nelle prestazioni della lisi e le macchine moderne vengono spesso confrontate con essa non solo in termini di efficienza della lisi ma anche in termini di sicurezza e facilità d’uso. Alcuni produttori stanno anche cercando di migliorare il design tradizionale alterando le proprietà all’interno di queste macchine diverse dalla pressione che guida il campione attraverso l’orifizio. Uno di questi esempi è Constant Systems, che ha recentemente dimostrato che i loro disgregatori cellulari non solo corrispondono alle prestazioni di una stampa tradizionale francese, ma anche che stanno cercando di ottenere gli stessi risultati a una potenza molto inferiore.
Pressione ciclismo Tecnologia (“PCT”). PCT è una piattaforma tecnologica brevettata che utilizza cicli alternati di pressione idrostatica tra livelli ambientali e ultra-alti (fino a 90.000 psi) per controllare in modo sicuro, conveniente e riproducibile le azioni delle molecole nei campioni biologici, ad es., la rottura (lisi) di cellule e tessuti da fonti umane, animali, vegetali e microbiche e l’inattivazione di agenti patogeni. I sistemi PCT-enhanced (strumenti e materiali di consumo) affrontano alcuni problemi impegnativi inerenti alla preparazione biologica del campione. I vantaggi del PCT includono: (a) estrazione e recupero di più proteine di membrana, (b) digestione delle proteine migliorata, (c) lisi differenziale in una base di campioni misti, (d) inattivazione del patogeno, (e) aumento del rilevamento del DNA e (f) controllo del processo di preparazione del campione squisito.
Il metodo del microfluidizzatore utilizzato per la rottura cellulare influenza fortemente le proprietà fisico-chimiche della sospensione cellulare lisata, come la dimensione delle particelle, la viscosità, la resa proteica e l’attività enzimatica. Negli ultimi anni il metodo Microfluidizer ha guadagnato popolarità nella rottura cellulare grazie alla sua facilità d’uso ed efficienza a interrompere molti diversi tipi di cellule. La tecnologia Microfluidizer è stato concesso in licenza da una società chiamata Arthur D. Little ed è stato sviluppato e utilizzato nel 1980, inizialmente a partire come strumento per la creazione di liposomi. Da allora è stato utilizzato in altre applicazioni come nanoemulsioni di interruzione cellulare e riduzione delle dimensioni delle particelle solide, tra gli altri.
Utilizzando microcanali a geometria fissa e una pompa intensificatore, vengono generati alti tassi di taglio che rompono le celle. Questo metodo di lisi cellulare può produrre rottura di oltre il 90% delle cellule di E. coli.
Molte proteine sono estremamente sensibili alla temperatura e in molti casi possono iniziare a denaturare a temperature di soli 4 gradi celsius. All’interno dei microcanali, le temperature superano i 4 gradi Celsius, ma la macchina è progettata per raffreddarsi rapidamente in modo che il tempo in cui le celle sono esposte a temperature elevate sia estremamente breve (tempo di permanenza 25 ms-40 ms). A causa di questo efficace controllo della temperatura, il microfluidizzatore produce livelli più elevati di proteine attive ed enzimi rispetto ad altri metodi meccanici quando le proteine sono sensibili alla temperatura.
I cambiamenti di viscosità sono spesso osservati anche quando si interrompono le cellule. Se la viscosità della sospensione cellulare è elevata, può rendere molto difficile la manipolazione a valle, come la filtrazione e la pipettatura accurata. Le variazioni di viscosità osservate con un microfluidizzatore sono relativamente basse e diminuiscono con ulteriori passaggi aggiuntivi attraverso la macchina.
A differenza di altri metodi di interruzione meccanica, il microfluidizzatore rompe le membrane cellulari in modo efficiente ma delicato, con conseguente frammenti di parete cellulare relativamente grandi (450 nm), rendendo così più facile separare il contenuto cellulare. Ciò può portare a tempi di filtrazione più brevi e a una migliore separazione della centrifugazione.
La tecnologia Microfluidizer scala da un millilitro a migliaia di litri.
