聚焦CRO | 关于组织研磨：解锁生物样本的微观世界

 

在生物医学研究和临床诊断中，组织样本常常蕴含着丰富的信息，无论是细胞结构、基因表达，还是代谢产物的分布，都对揭示生命现象和疾病机制至关重要。而组织研磨则是获取这些信息的关键第一步，它如同一把打开微观世界大门的钥匙，为后续的实验分析奠定了基础。

 

一、组织研磨的原理与目的

组织研磨是一种物理处理方法，通过机械力的作用，将组织样本破碎，使细胞释放出来，从而获得细胞悬液或组织匀浆。其主要目的是：

1. 释放细胞：将组织中的细胞从紧密的结构中分离出来，便于后续的细胞培养、细胞计数或细胞功能研究。
2. 提取生物分子：为提取DNA、RNA、蛋白质或代谢产物等生物分子创造条件，这些分子是基因表达分析、蛋白质组学研究和代谢组学研究的重要基础。
3. 均质化处理：使组织样本中的成分均匀分布，便于进行化学分析或药物筛选实验。

 

二、组织研磨的方法与工具

 

 

1、手工研磨

手工研磨是最传统的组织研磨方法，通常使用研钵和研杵。将组织样本放入研钵中，加入适量的缓冲液或其他保护剂（如在提取RNA时加入RNase-free的裂解液），然后用研杵反复研磨，直到组织完全破碎。这种方法的优点是操作简单、成本低，适合小规模的实验。但其缺点也很明显，研磨效率较低，且对操作者的技巧要求较高，容易导致样本的不均匀破碎。

2、机械研磨

机械研磨是利用专门的研磨设备进行组织破碎。常见的机械研磨设备包括：

• 组织匀浆器：通过高速旋转的刀片将组织打碎，适合处理较软的组织，如肝脏、肌肉等。其优点是研磨速度快，效率高，能够快速获得均匀的组织匀浆。
• 球磨仪：利用研磨球在容器内的高速振动或旋转，对组织进行研磨。这种方法适合处理较硬的组织，如骨骼、牙齿等，能够有效避免组织的过度加热，适合需要保持生物分子活性的实验。
• 超声波破碎仪：利用超声波的空化效应，产生局部高温和高压，从而破碎组织细胞。它适合处理少量的组织样本，且能够较好地保护生物分子的完整性，但需要控制超声时间和功率，以避免过度破碎。

3、化学法辅助研磨

在某些情况下，为了提高研磨效率，还会结合化学方法。例如，在提取DNA或RNA时，加入裂解液或酶（如蛋白酶K）来溶解细胞膜和蛋白质，使细胞更容易被研磨破碎。这种方法能够提高生物分子的提取效率，但需要根据实验目的选择合适的化学试剂。

 

三、影响研磨效果的因素

1、研磨时间与强度

研磨时间和强度直接影响组织的破碎程度。时间过短可能导致组织破碎不完全，而时间过长则可能使细胞过度破碎，甚至导致生物分子的降解。因此，需要根据组织的类型和实验目的，优化研磨时间和强度。例如，对于较软的组织，如肝脏，使用组织匀浆器研磨1-2分钟即可；而对于较硬的组织，如骨骼，可能需要在球磨仪中研磨数小时。

2、研磨温度

温度对研磨效果也有重要影响。在研磨过程中，机械能的转化会产生热量，可能导致生物分子的变性或降解。因此，对于需要保持生物分子活性的实验，如RNA提取或蛋白质分析，通常需要在低温条件下进行研磨，如在冰浴中操作或使用低温研磨设备。

3、研磨介质

研磨介质的选择也会影响研磨效果。常见的研磨介质包括缓冲液、裂解液、玻璃珠、陶瓷珠等。不同的研磨介质适用于不同的组织类型和实验目的。例如，使用玻璃珠进行研磨时，适合处理较硬的组织，且能够较好地保护生物分子的完整性。

 

四、组织研磨后的应用

 

 

1、细胞培养

通过组织研磨获得的细胞悬液可以直接用于细胞培养。在细胞培养中，细胞的活性和生长状态是关键因素。因此，研磨过程中需要尽量减少细胞的损伤，保持细胞的活性。例如，在提取原代细胞时，通常会使用温和的酶消化法结合机械研磨，以获得高活性的细胞。

2、生物分子提取

组织研磨后的匀浆可用于提取DNA、RNA、蛋白质或代谢产物等生物分子。这些生物分子是分子生物学、细胞生物学和生物化学研究的重要基础。例如，在基因表达分析中，通过研磨组织提取RNA，然后进行逆转录聚合酶链式反应（RT-PCR）或高通量测序，能够揭示基因在不同条件下的表达模式。

3、药物筛选

组织研磨后的匀浆还可以用于药物筛选实验。通过将药物加入组织匀浆中，观察药物对组织代谢、酶活性或细胞功能的影响，能够快速筛选出潜在的有效药物。这种方法在药物研发的早期阶段具有重要意义。

 

五、组织研磨的注意事项

1、样本保存：在研磨前，组织样本需要妥善保存。对于需要提取RNA的样本，应避免RNase污染，通常在低温下保存，并使用RNase-free的试剂和耗材。

2、研磨设备的清洁：研磨设备在使用前后需要彻底清洁，以避免样本之间的交叉污染。特别是对于高灵敏度的实验，如基因表达分析或蛋白质组学研究，清洁设备是确保实验结果准确性的关键。

3、操作环境：研磨操作应在无菌或低污染的环境中进行，特别是在处理临床样本或用于细胞培养的组织时，需要严格控制操作环境。

 

六、总结

组织研磨作为一种基础的实验技术，在生物医学研究中发挥着不可或缺的作用。它不仅能够帮助我们获取细胞和生物分子，还能够为后续的实验分析提供高质量的样本。随着实验技术的不断发展，组织研磨的方法和设备也在不断优化，为科研人员提供了更多选择。然而，无论采用何种研磨方法，都需要根据实验目的和样本特性进行优化，以获得最佳的研磨效果。只有这样，我们才能更好地解锁组织样本中的微观世界，为生命科学研究和疾病治疗提供有力支持。
 
 
参考文献：

1、J. M. Asara, J. E. Christofk, et al.Optimization of Tissue Homogenization for the Extraction of Peptides Using Bead Beating.Journal of Proteome Research (2008).

2、王聪，高建，王静，潘灿平.生物样品预处理中组织匀浆技术的研究进展.《分析化学》 （2016年）.

3、杨华， 伍春莲， 陈卫英， 等.三种不同方法研磨植物组织对RNA提取效果的影响.《中国生物工程杂志》 （2010年）.

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