細(xì)胞破碎是指利用外力破壞細(xì)胞膜和細(xì)胞壁,使細(xì)胞內(nèi)容物包括目的產(chǎn)物成分釋放出來的技術(shù),是分離純化細(xì)胞內(nèi)合成的非分泌型生化物質(zhì)(產(chǎn)品)的基礎(chǔ)。結(jié)合重組DNA技術(shù)和組織培養(yǎng)技術(shù)上的重大進展,使以前認(rèn)為很難獲得的蛋白質(zhì)現(xiàn)在可以大規(guī)模生產(chǎn)。
但是由于細(xì)菌、酵母、真菌、植物細(xì)胞壁的組成成分不同,且同類細(xì)胞結(jié)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)也不同,所以其細(xì)胞壁的堅固程度不同。而動物細(xì)胞雖沒有細(xì)胞壁,但具有細(xì)胞膜,也需要一定的細(xì)胞破碎方法來破膜,達(dá)到提取產(chǎn)物的目的。
超聲波是物質(zhì)介質(zhì)中的一種彈性機械波,它是一種波動形式,因此它可以用于探測人體的生理及病理信息,既診斷超聲。同時,它又是一種能量形式,當(dāng)達(dá)到一定劑量的超聲在生物體內(nèi)傳播時,通過它們之間的相互作用,能引起生物體的功能和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,即超聲生物效應(yīng)。
超聲對細(xì)胞的作用主要有熱效應(yīng),空化效應(yīng)和機械效應(yīng)。
熱效應(yīng)是當(dāng)超聲在介質(zhì)中傳播時,摩擦力阻礙了由超聲引起的分子震動,使部分能量轉(zhuǎn)化為局部高熱(42-43℃),因為正常組織的臨界致死溫度為45.7℃,而腫瘤組織比正常組織敏感性高,故在此溫度下腫瘤細(xì)胞的代謝發(fā)生障礙,DNA、RNA、蛋白質(zhì)合成受到影響,從而殺傷癌細(xì)胞而正常組織不受影響。
空化效應(yīng)是在超聲照射下,生物體內(nèi)形成空泡,隨著空泡震動和其猛烈的聚爆而產(chǎn)生出機械剪切壓力和動蕩,使腫瘤出血、組織瓦解以致壞死。另外,空化泡破裂時產(chǎn)生瞬時高溫(約5000℃)、高壓(可達(dá)500×104Pa),可使水蒸氣熱解離產(chǎn)生.OH自由基和.H原子,由.OH自由基和.H原子引起的氧化還原反應(yīng)可導(dǎo)致多聚物降解、酶失活、脂質(zhì)過氧化和細(xì)胞殺傷。
機械效應(yīng)是超聲的原發(fā)效應(yīng),超聲波在傳播過程中介質(zhì)質(zhì)點交替地壓縮與伸張構(gòu)成了壓力變化,引起細(xì)胞結(jié)構(gòu)損傷。殺傷作用的強弱與超聲的頻率和強度密切相關(guān)。
超聲波破碎作為細(xì)胞破碎的一種方法在實驗室規(guī)模應(yīng)用較普遍,處理少量樣品時操作簡便,液量損失少,但是超聲波產(chǎn)生的化學(xué)自由基團能使某些敏感性活性物質(zhì)變性失活。而且大容量裝置聲能傳遞,散熱均有困難,應(yīng)采取相應(yīng)降溫措施。從前面可以看出超聲波破碎細(xì)胞技術(shù)遠(yuǎn)未完善,還有待進一步發(fā)展。