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Optimal Cell Disruption
단백질, 세포소기관, DNA/RNA 그리고 Adeno-Associated Virus (AAVs) Vectors 와 같은 세포내 성분을 활용하는 것은
차세대 제약 개발에서 매우 중요한 분야로 인식되고 있다.
여기서 세포내 성분들은 세포외부로 분비되지 않기 때문에 세포를 파쇄하는 것이 매우 중요한데 이 때
세포를 파쇄하는 과정에서 과도한 온도와 에너지로 인해 세포내 성분들이 변질되어서는 안된다.
Microfluidizer® processors 는 박테리아, 동.식물세포, fungi, algae 그리고 효모 세포등 거의 모든 세포를 파쇄할 수 있으며
또한 그 세포 내부에 있는 단백질과 같은 세포 성분들을 회수하는 효율이 매우 높은 장비이다.
이는 Microfluidizer® 는 세포에는 매우 강한 에너지로 작용하지만 세포내 성분에는 강한 에너지가 거의 작용하지 않기 때문인데
이러한 이유로 protein recovery rate 가 매우 높게 나타난다.
Proven Processing Results
Microfluidizer® processors 는 다른 세포파쇄에 사용되는 다른 방법 및 장비들보다 훨씬 더 많은
장점들을 제공합니다.
| E.coli Cell Rupture |
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| ※ Bacteria Lysis (E. Coli) Before and After processing on the Microfluidizer® for 1 pass achieving >95% lysis |
| Yeast Lysis (S. Pombe) |
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| ※ Yeast Lysis (S. Pombe) Before and After processing on the Microfluidizer® for 5 passes achieving ~95% lysis |
Microfluidizer® Benefits for Cell Disruption
Highest Protein Integrity Recovery
다른 장비와 달리 Microfluidizer® 는 정밀한 압력 조절이 가능하여 세포파쇄에 필요한 에너지 양을 최소한으로 하여
세포내 단백질의 변질을 최대한 억제할 수 있다.
그 결과 Microfluidizer® 의 단백질 회수율은 다른 세포파쇄 방법에 비해 훨씬 더 높게된다.
Efficient Cooling
거의 모든 세포내 성분들은 온도에 매우 민감하기 때문에 세포파쇄에서 cooling 은 매우 중요하다.
Microfluidizer® 에서는 세포 파쇄가 일어나는 시간이 매우 짧고 또한 파쇄한 세포는 즉시 Heat Exchanger (열교환기) 를 통해
cooling 이 이루어지므로 파쇄한 세포의 온도가 상승할 가능성이 매우 희박하다.
Ease of Use
Microfluidizers® 는 장비 개발 초기부터 세포파쇄의 편리성과 그 효율성을 염두에 두고 개발되었다.
그 결과 장비 조작이 매우 편리하고 특히 세척이 매우 편리하다.
실험용 Microfluidizers® 장비를 사용하는 것은 특별한 기술과 지식을 필요로 하지 않고 초기 장비 설치시 간단한 training 만으로도 충분히 사용할 수 있다.
그리고 다른 valve 방식의 다른 고압분산장비들은 세척을 위해서는 valve 를 붐해하여 세척하여야 하나
Microfluidizers® processor 는 장비를 분해하는 과정없이 장비 사용 후 바로 세척이 가능하므로 매우 편리하다.
Simple Downstream Processes
Microfluidizer® 는 세포를 부드러우면서도 효율적으로 파쇄하므로 세포벽 잔해물이 많이 나오게 된다.
큰 사이즈의 잔해물은 훨씬 사이즈가 작은 세포내 성분들에 비해 분리가 매우 쉽게 되며
filtration 하는데 걸리는 시간이 매우 짧다. 원심분리가 필요치 않다.
Processes at a Constant, Controlled Shear Rate
Microfluidizer® 가 sample 에 가해주는 압력과 전단력 (shear rate) 의 세기는 항상 일정하므로 모든 세포는 동일한 에너지를 받게된다.
반면에 세포파쇄 목적으로 사용되는 초음파장비 (sonication) 의 경우 probe 와 가까운 곳에 있는 세포는 먼곳에 있는 세포보다
훨씬 더 큰 에너지를 받게되므로 모든 세포에 균일한 에너지를 가하는 것은 매우 어렵다.
어떤 세포들은 파쇄되지 않은채로 남아있게되고 어떤 세포들은 sonicator 의 probe 에서 발생되는 온도에 의해 세포내 성분들이 변성되기도 한다.
낮은 shear rate 를 이용한 processing 은 동물세포의 파쇄를 효율적으로 하면서 고효율의 Adeno-Associated Virus (AAVs) Vectors 회수를
가능하게 한다
위 이미지는 세포를 파쇄하는 데 필요한 shear rate 를 나타내고 있다.
Microfluidizer® 는 압력과 Interaction Chamber (IXC) 의 조합에 변화를 주어 필요한 shear rate 를 정밀하게 조절할 수 있다.
Guaranteed Scalability
다른 세포파쇄 기법과는 달리 Microfluidizer® 장비는 실험실 규모에서 세포파쇄 실험을 한 프로토콜을 이용하여
대량 생산 규모에서 그대로 사용할 수 있으며 그 결과를 보장한다.
이러한 scale-up guarantee 는 실험실 규모에서 생산규모로 확장할 때 소요되는 수많은 시간과 비용을 절약시켜준다.
다른 valve 방식의 고압분산장비들은 이러한 scale-up 을 위해서는 그 결과가 일정하지 않으므로 중형 장비를 이용하여
다시 조건을 잡아야 하는 불편이 있다.
그러나 Microfluidizer® 는 scale-up performance 를 guarantee 한다.
Flexibility
Microfluidizers® are capable of handling a wide range of cell types by optimizing pressure and cooling.
Microfluidizers® 는 다양한 종류의 세포를 파쇄할 수 있으며 완벽한 cooling 조건을 제공한다.
Small Sample Volumes
Microfluidizers® 장비 중 LV1 모델은 1ml 까지 용량을 가진 sample 도 세포파쇄가 가능하다.
Cell Disruption Methods
Advantages of Microfluidizers® Compared to Other Cell Lysis Techniques
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Microfluidizer |
Homogenizer |
Sonicator |
Bead Mill |
| Scalable |
Yes |
Limited |
No |
Yes |
| Optimal Temp Control |
Yes |
Yes |
No |
No |
| Contamination Free |
Yes |
Yes |
Yes |
No |
| Minimum Volume |
1 ml |
10 ml |
1 ml |
1 ml |
| Constant Shear rate |
Yes |
No |
No |
No |
High Pressure Valve Homogenizers : Microfluidizer® 를 제외하면 valve 방식의 고압분산장비가 다른 방법들에 비해 세포파쇄 효율이 높다고 할 수 있다.
그러나 cooling 과 cleaning 효율이 떨어지고 valve 를 주기적으로 교체하여야 하는 단점이 있으며 scalibility 에 있어 약점이 있다.
French Press : French press 실험은 결과의 재현성이 떨어지고 실험과정이 어려우며 세척에 많은 시간이 소요된다.
이런 이유로 인해 현재 대부분의 French Press 제조사들이 이 장비의 생산을 중단하였다.
Ultrasonication : cavitational force 를 이용하여 세포를 파쇄하는 장비로서 초음파 probe 를 이용하여 적은 양의 cell suspension 를
세포파쇄하는데 적당하다. 그러나 생산효율이 떨어지고 특히 대량생산하는데 큰 약점이 있다.
장비의 가격이 저렴한 것이 장점이다.
Freeze-thawing : 세포를 얼렸다 녹였다 하게 되면 세포벽이 파쇄되는데 이런 cell lysis 는 재현성있는 결과를 구하기 어렵다.
대부분 매우 적은 양의 sample 을 처리할 경우에 사용한다.
Chemical Cell Lysis : 화학물질을 이용하여 세포벽을 파쇄하는 방법인데 화학물질의 가격이 비싸고 또한 대량으로
세포파쇄를 하기에는 문제점이 있다.
또한 세포파쇄에 사용되는 시약을 준비하는 도중에 contamination 에 대한 염려도 있다.
Additional References
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