Le rôle des centrifugeuses dans la recherche biotechnologique

Andy Tay, PhD est un rédacteur scientifique indépendant basé à Singapour. Il peut être contacté à [email protected].

Une centrifugeuse est l'un des équipements les plus courants dans un laboratoire biologique. L'instrument utilise la force centrifuge pour séparer les composants d'un fluide, provoquant le dépôt de particules plus denses au fond d'un tube de centrifugation. Après centrifugation, les particules sont séparées en couches en fonction de leurs densités.

L'une des applications les plus utiles des centrifugeuses en biotechnologie est le diagnostic médical. Un exemple courant est celui des bilans de santé utilisant un panel de biomarqueurs sanguins. Les centrifugeuses sont un élément crucial du traitement des échantillons car de nombreux éléments dans un échantillon de sang doivent être séparés autant que possible pour fournir un diagnostic précis. Après centrifugation, le sang est séparé en trois couches. La couche inférieure contient des globules rouges. Le pourcentage de globules rouges et la quantité d'oxygène qu'ils transportent peuvent être utilisés pour diagnostiquer des conditions telles que l'anémie, où il n'y a pas suffisamment de globules rouges pour transporter l'oxygène. La couche intermédiaire est constituée de globules blancs et son nombre peut fournir des informations sur la capacité du corps à combattre les infections. La couche supérieure est le plasma, qui contient des biomarqueurs courants tels que l'urée et la créatine, qui indiquent la santé des reins.

Les vésicules extracellulaires sont des vésicules liées à la membrane d'une taille comprise entre 30 et 10 000 nm sécrétées par des cellules qui jouent un rôle dans les communications cellulaires. Ils sont produits en petites quantités, mais peuvent être isolés à partir de fluides corporels comme le sang, l'urine et la salive via des ultracentrifugeuses pour fournir des informations sur la santé. Par exemple, les cellules cancéreuses sécrètent plus de vésicules extracellulaires que leurs homologues sains et il a été découvert que leurs vésicules contiennent des oncoprotéines et des espèces d'ARN qui contribuent à la progression du cancer, y compris les métastases. En analysant le contenu des vésicules extracellulaires, les chercheurs tentent de développer des biomarqueurs pour le diagnostic et la surveillance du cancer.

Les ultracentrifugeuses jouent un rôle central dans l'isolement des vésicules extracellulaires pures car elles peuvent tourner à une vitesse beaucoup plus élevée que les centrifugeuses conventionnelles pour séparer les particules de densités similaires. Dans le plasma sanguin, il existe de nombreux types de biomolécules et de sécrétions cellulaires de densités similaires et pour isoler l'analyte de choix, ces composants doivent être séparés très finement pour obtenir un échantillon pur. C'est aussi pourquoi l'ultracentrifugation pour isoler les vésicules extracellulaires peut prendre des heures et plusieurs étapes de lavage et de purification.

Des vésicules extracellulaires sont également développées par des sociétés de biotechnologie pour des applications d'administration de médicaments, en raison de leurs propriétés bioactives et de leur tropisme envers les tissus ciblés. Dans ce cas, une autre raison pour laquelle les ultracentrifugeuses sont des équipements importants pour isoler les vésicules extracellulaires des cellules fabriquées est due à leur évolutivité. A des fins thérapeutiques, un grand nombre de vésicules extracellulaires doivent être isolées rapidement, mais les cellules n'en produisent que des quantités limitées. Une ultracentrifugeuse qui peut fonctionner avec plusieurs échantillons à la fois avec un débit d'isolement élevé est idéale pour la fabrication biotechnologique.

Les centrifugeuses plus récentes sont équipées d'une accélération et d'une décélération programmables, dont il a été démontré qu'elles aident à mettre fin aux réactions secondaires indésirables et à réduire le temps d'attente. Cette caractéristique peut également minimiser les dommages mécaniques aux vésicules extracellulaires lors de l'ultracentrifugation.

La réfrigération est une caractéristique importante des centrifugeuses pour minimiser la dénaturation des échantillons, en particulier avec des biomolécules comme les protéines. Le pré-refroidissement des rotors de centrifugeuse et une élévation minimale de la température lorsque les rotors tournent à vitesse maximale sont également utiles pour prévenir les dommages aux échantillons induits par la chaleur.

Alors que de plus en plus d'instituts de recherche passent au vert, les fabricants conçoivent des centrifugeuses plus respectueuses de l'environnement en garantissant une consommation d'énergie réduite et en utilisant des matériaux recyclables.