細胞分離就是通過物理、生物、化學(xué)的方法,將生物組織分離為單細胞分散系的過程。干細胞分離的方法有很多,離心分離是常用方法之一。
離心技術(shù)是利用物體高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生強大的離心力,使置于旋轉(zhuǎn)體中的懸浮顆粒發(fā)生沉降或漂浮,從而使某些顆粒達到濃縮或與其他顆粒分離之目的。這里的懸浮顆粒往往是指制成懸浮狀態(tài)的細胞、細胞器、病毒和生物大分子等。離心機轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時,當懸浮顆粒密度大于周圍介質(zhì)密度時,顆粒離開軸心方向移動,發(fā)生沉降;如果顆粒密度低于周圍介質(zhì)的密度時,則顆粒朝向軸心方向移動而發(fā)生漂浮。根據(jù)離心原理,離心技術(shù)又可以分為差速離心法、密度梯度離心法和沉降平衡離心法。而在細胞分離技術(shù)主要采用差速離心法和密度梯度離心法。
1、差速離心法
不同種類和功能的細胞的大小和形狀是不一樣的,差速離心法就是通過逐步增加相對離心力,使一個非均相混合液內(nèi)形狀不同的大小細胞顆粒分步沉淀,從而達到分離的目的。
2.密度梯度離心法
用一定的介質(zhì)在離心管內(nèi)形成連續(xù)或不連續(xù)的密度梯度,將細胞混懸液或勻漿置于介質(zhì)的頂部,通過重力或離心力場的作用使細胞分層、分離。密度梯度離心常用的介質(zhì)為氯化銫,蔗糖和多聚蔗糖。分離活細胞的介質(zhì)要求:①能產(chǎn)生密度梯度,且密度高時,粘度不高;②PH中性或易調(diào)為中性;③濃度大時滲透壓不大;④對細胞無毒。
1)速度區(qū)帶離心法。離心前,離心管內(nèi)先裝入蔗糖、甘油、CsCl、Percoll等密度梯度介質(zhì),待分離樣品鋪在梯度液的頂部,離心管底部或梯度層中間,同梯度液一起離心,利用各顆粒在梯度液中沉降速度或漂浮速度的不同,使具有不同沉降速度的顆粒處于不同密度的梯度層內(nèi),達到彼此分離的目的。本法可分離各種細胞、病毒、染色體、脂蛋白、DNA和RNA等生物樣品。
2)預(yù)制梯度等密度離心法。要求在離心前預(yù)先配制管底濃而管頂稀的密度梯度介質(zhì),常用介質(zhì)有蔗糖、CsCl、Cs2SO4等,待分離樣品一般鋪在梯度液頂上,如需挾在梯度液中間或管底部,則需調(diào)節(jié)樣品液密度。離心后,不同密度的樣品顆粒到達與自身密度相等的梯度層,即達到等密度的位置而獲得分離。
3)自成梯度等密度離心法。某些密度介質(zhì)經(jīng)過離心后會自成梯度,例Percoll,可迅速形成梯度,CsCl、Cs2SO4和三碘甲酰葡萄糖胺經(jīng)長時間離心后也可產(chǎn)生穩(wěn)定的梯度。需要離心分離的樣品可和梯度介質(zhì)先均勻混合,離心開始后,梯度介質(zhì)由于離心力的作用逐漸形成管底濃而管頂稀的密度梯度,與此同時,可以帶動原來混合的樣品顆粒也發(fā)生重新分布,到達與其自身密度相等的梯度層里,即達到等密度的位置而獲得分離。
3.沉降平衡離心法
根據(jù)被分離物質(zhì)的浮力密度差別進行分離,所用的介質(zhì)起始密度約等于被分離物質(zhì)的密度,介質(zhì)在離心過程中形成密度梯度,被分離物質(zhì)沉降或上浮到達與之密度相等的介質(zhì)區(qū)域中停留并形成區(qū)帶。
離心技術(shù)最關(guān)鍵的儀器設(shè)備是離心機。一般認為,一般認為,轉(zhuǎn)速為10~25Kr/min的離心機稱為高速離心機;轉(zhuǎn)速超過25Kr/min,離心力大于89Kg者稱為超速離心機。目前超速離心機的最高轉(zhuǎn)速可達100Kr/min,離心力超過500Kg。而干細胞的分離所用離心機的轉(zhuǎn)數(shù)大約在5Kr/min.