Il ruolo delle centrifughe nella ricerca biotecnologica

Andy Tay, PhD è uno scrittore scientifico freelance con sede a Singapore. Può essere contattato all'indirizzo [email protected].

Una centrifuga è una delle apparecchiature più comuni in un laboratorio biologico. Lo strumento utilizza la forza centrifuga per separare i componenti di un fluido, facendo sì che le particelle più dense si depositino sul fondo di una provetta da centrifuga. Dopo la centrifugazione, le particelle vengono separate in strati in base alla loro densità.

Una delle applicazioni più utili delle centrifughe nel settore biotecnologico è la diagnostica sanitaria. Un esempio comune è rappresentato dai controlli sanitari che utilizzano un pannello di biomarcatori del sangue. Le centrifughe sono una parte cruciale del trattamento dei campioni perché all'interno di un campione di sangue sono presenti molti elementi che devono essere separati il ​​più possibile per fornire una diagnosi accurata. Dopo la centrifugazione, il sangue viene separato in tre strati. Lo strato inferiore contiene globuli rossi. La percentuale di globuli rossi e la quantità di ossigeno che trasportano possono essere utilizzate per diagnosticare condizioni come l’anemia, dove non ci sono globuli rossi sufficienti per trasportare ossigeno. Lo strato intermedio è costituito dai globuli bianchi e il suo numero può fornire informazioni sulla capacità del corpo di combattere le infezioni. Lo strato superiore è il plasma, che contiene biomarcatori comuni come l’urea e la creatina, che indicano la salute dei reni.

Le vescicole extracellulari sono vescicole legate alla membrana di dimensioni comprese tra 30 e 10.000 nm secrete da cellule che svolgono un ruolo nelle comunicazioni cellulari. Sono prodotti in piccole quantità, ma possono essere isolati da fluidi corporei come sangue, urina e saliva tramite ultracentrifughe per fornire informazioni sulla salute. Ad esempio, le cellule tumorali secernono più vescicole extracellulari rispetto alle loro controparti sane e si è scoperto che le loro vescicole contengono oncoproteine ​​e specie di RNA che contribuiscono alla progressione del cancro, comprese le metastasi. Analizzando il contenuto delle vescicole extracellulari, i ricercatori stanno cercando di sviluppare biomarcatori per la diagnosi e la sorveglianza del cancro.

Le ultracentrifughe svolgono un ruolo fondamentale nell'isolare vescicole extracellulari pure poiché possono ruotare a velocità molto più elevata rispetto alle centrifughe convenzionali per separare particelle con densità simili. Nel plasma sanguigno sono presenti molti tipi di biomolecole e secrezioni cellulari di densità simili e per isolare l'analita prescelto, questi componenti devono essere separati molto finemente per ottenere un campione puro. Questo è anche il motivo per cui l'ultracentrifugazione per isolare le vescicole extracellulari può richiedere ore e molteplici fasi di lavaggio e purificazione.

Le vescicole extracellulari vengono sviluppate anche dalle aziende biotecnologiche per applicazioni di somministrazione di farmaci, grazie alle loro proprietà bioattive e al tropismo verso i tessuti bersaglio. In questo caso, un altro motivo per cui le ultracentrifughe sono importanti apparecchiature per isolare le vescicole extracellulari dalle cellule prodotte è dovuto alla loro scalabilità. Per scopi terapeutici è necessario isolare rapidamente un gran numero di vescicole extracellulari, ma le cellule ne producono solo quantità limitate. Un'ultracentrifuga in grado di lavorare con più campioni contemporaneamente con un'elevata produttività di isolamento è ideale per la produzione biotecnologica.

Le centrifughe più recenti sono dotate di accelerazione e decelerazione programmabili, che hanno dimostrato di aiutare a interrompere le reazioni collaterali indesiderate e a ridurre i tempi di attesa. Questa caratteristica può anche ridurre al minimo il danno meccanico alle vescicole extracellulari durante l'ultracentrifugazione.

La refrigerazione è una caratteristica importante delle centrifughe per ridurre al minimo la denaturazione del campione, soprattutto con biomolecole come le proteine. Anche il preraffreddamento dei rotori della centrifuga e un aumento minimo della temperatura quando i rotori girano alla massima velocità sono utili per prevenire danni al campione indotti dal calore.

Poiché sempre più istituti di ricerca si stanno orientando verso l’ambiente, i produttori stanno progettando centrifughe più rispettose dell’ambiente garantendo un minore consumo energetico e utilizzando materiali riciclabili.