Semplificazione dell'estrazione del DNA/RNA dal sangue con perline magnetiche a base di silice

1.Introduzione

Sfere magnetiche a base di silice, utilizzato nell'estrazione degli acidi nucleici, rappresentano una tecnologia fondamentale e matura nella moderna biologia molecolare, diagnostica medica, e test genetici. Il loro principio fondamentale prevede l’utilizzo di nanoparticelle magnetiche con superficie modificata (perline magnetiche) che si legano specificatamente agli acidi nucleici (DNA o RNA) tramite interazioni elettrostatiche e forze idrofobiche in specifiche condizioni tampone, consentendo la separazione e la purificazione degli acidi nucleici attraverso l'applicazione di un campo magnetico esterno.

2. Principio fondamentale: Perché le sfere magnetiche a base di silice assorbono gli acidi nucleici?

Il nucleo delle sfere magnetiche a base di silice è costituito da materiali magnetici come l'ossido di ferro (Fe₃O₄), rivestito con uno strato di silice (SiO₂). A condizioni specifiche, la superficie della silice può legarsi agli acidi nucleici, principalmente attraverso interazioni idrofobiche e legami idrogeno in condizioni di alto sale e basso pH.

2.1 Lisi e legame:

Sotto l'azione di un tampone di lisi (tipicamente contenente alte concentrazioni di sali caotropici come guanidina cloridrato o guanidina isotiocianato) e detersivi, le membrane cellulari e le membrane nucleari nel sangue vengono danneggiate, rilasciando acidi nucleici.

Contemporaneamente, alte concentrazioni di sali caotropici interrompono la struttura del legame idrogeno tra le molecole d'acqua, formando un “ponte salino” attorno agli acidi nucleici e alle sfere magnetiche. Ciò neutralizza la carica negativa dello scheletro fosfato dell'acido nucleico, eliminando la repulsione elettrostatica tra le molecole di acido nucleico.

Questo trasforma gli acidi nucleici originariamente idrofili in uno stato idrofobico, consentendo loro di adsorbirsi in modo efficiente sulla superficie idrofobica delle sfere magnetiche a base di silice tramite interazioni idrofobiche.

2.2 Lavaggio:

Sotto l'influenza di un campo magnetico, le sfere magnetiche legate con gli acidi nucleici vengono attratte dalla parete del tubo, e il surnatante (contenenti impurità come le proteine, eme, lipidi, e ioni di sale) viene scartato.

UN 70%-80% viene aggiunta una soluzione di lavaggio con etanolo. L'etanolo mantiene il legame tra gli acidi nucleici e le sfere magnetiche dissolvendo e lavando via efficacemente le impurità idrofile come proteine ​​e sali. I complessi idrofobici acido nucleico-perline magnetiche rimangono legati.

2.3 Eluizione:

Dopo aver scartato la soluzione di lavaggio con etanolo e averla lasciata asciugare, un tampone di eluizione a basso contenuto di sale o privo di sale (come tampone TE o acqua sterile) viene aggiunto.

L'ambiente a bassa forza ionica interrompe il “ponte salino,” permettendo alle molecole d'acqua di reidratare gli acidi nucleici, ripristinando la loro idrofilia e la carica negativa. Ciò fa sì che gli acidi nucleici si distacchino dalla superficie idrofobica delle biglie magnetiche e si dissolvano nel tampone di eluizione.

Finalmente, sotto l'influenza di un campo magnetico, il tampone di eluizione contenente acidi nucleici puri viene trasferito in una nuova provetta, completando l'estrazione.

3. Vantaggi nell'estrazione degli acidi nucleici nel sangue

Rispetto all'estrazione tradizionale con fenolo-cloroformio e ai metodi con colonna centrifuga, il metodo con sfere magnetiche di silice offre vantaggi significativi per l'elaborazione di campioni di sangue intero:

• Automazione e produttività elevata: L'intero processo può essere facilmente adattato a formati come piastre a 96 pozzetti, rendendolo particolarmente adatto all'automazione tramite postazioni di lavoro per la movimentazione di liquidi. Ciò aumenta notevolmente la produttività del campione, soddisfare le esigenze dei test clinici su larga scala.
• Funzionamento semplice e veloce: Elimina la necessità di molteplici fasi di centrifugazione e ingombranti trasferimenti di liquidi, riducendo le operazioni manuali e i tempi di lavorazione. L'intera procedura viene generalmente completata entro 20-40 minuti.
• Alta sicurezza: Evita l'uso di reagenti tossici come fenolo e cloroformio, rendendolo più sicuro per gli operatori e per l’ambiente.
• Alta qualità di estrazione: Rimuove efficacemente gli inibitori abbondanti nel sangue, come l'eme, immunoglobuline, e lattoferrina. Gli acidi nucleici risultanti sono di elevata purezza e integrità, rendendoli ideali per applicazioni a valle come la PCR, qPCR, e sequenziamento.
• Flessibilità: Le quantità di sfere magnetiche e reagenti possono essere regolate in modo flessibile in base al volume del campione iniziale (da pochi microlitri a diversi millilitri).
• Tasso di recupero elevato: Offre una migliore efficienza nel recupero degli acidi nucleici a bassa concentrazione rispetto ai metodi con colonna centrifuga.

4. Applicazioni specifiche

La tecnologia di estrazione degli acidi nucleici dal sangue con sfere magnetiche di silice è ampiamente utilizzata in:

Diagnostica delle malattie infettive: Test della carica virale per agenti patogeni come l’HIV, HBV, HCV, e SARS-CoV-2.

Test prenatali non invasivi (NIPT): Estrazione del DNA libero da cellule fetali dal sangue periferico materno per lo screening di malattie genetiche.

DNA tumorale circolante (ctDNA) Rilevamento: Utilizzato per lo screening precoce del cancro, monitoraggio dell’efficacia del trattamento, e valutazione della prognosi.

Forense: Estrazione del DNA da macchie di sangue e altre prove sulla scena del crimine per la profilazione STR e l'identificazione personale.

Screening della banca del sangue: Screening dell'acido nucleico del sangue del donatore per agenti patogeni.

Ricerca sulle malattie genetiche: Estrazione del gDNA da campioni di sangue per l'analisi delle mutazioni genetiche.

5. Caso applicativo del prodotto perline magnetiche a base di silice Shanghai Lingjun 160014 nell'estrazione degli acidi nucleici nel sangue

Utilizzando Lingjun Bio 160014 sfere magnetiche a base di silice insieme al kit di estrazione del DNA genomico del sangue di Lingjun sul sistema automatizzato di estrazione e purificazione dell'acido nucleico LJbio-32H, Il DNA genomico è stato estratto da quattro campioni di sangue.

I risultati sperimentali sono mostrati nella figura seguente:

Campione	numero	260/280	260/230	Concentrato. (di/ul)	Resa in acido nucleico（μg）
Campione di sangue 1200ul	1	1.809	1.933	91.35	9.1
	2	1.804	1.931	84.9	8.5
	media	1.8065	1.932	88.13	8.8
Campione di sangue 2200ul	3	1.794	2.053	106.95	10.7
	4	1.788	2.003	93.6	9.4
	media	1.791	2.028	100.28	10
Campione di sangue 3200ul	5	1.802	2.026	97.5	9.8
	6	1.793	2.019	112.7	11.3
	media	1.7975	2.0225	105.1	10.5

Elettroforesi su gel di agarosio:

Analisi dei risultati:

Il DNA genomico è stato estratto stabilmente da tutti e tre i campioni,IL 260/280 i rapporti erano tutti sopra 1.79, e il 260/230 i rapporti erano tutti sopra 1.9.

Il rendimento da 200 I campioni μL erano superiori 8 mg, sufficiente per le applicazioni a valle,e Le bande dell'elettroforesi erano intatte, senza degrado o sbavature.

6.Conclusione

Il metodo delle sfere magnetiche di silice è diventato la tecnologia gold standard per l'estrazione dell'acido nucleico da campioni di sangue intero/sangue. Bilancia perfettamente l'efficienza, qualità, rendimento, e automazione, fornendo un solido supporto alla moderna diagnostica molecolare e alla ricerca sulle scienze della vita. Il suo principio fisico-chimico di “legame ad alto contenuto di sale, eluizione a basso contenuto di sale” è semplice ma altamente efficiente. Attraverso l'ottimizzazione continua del processo e il miglioramento della formulazione dei reagenti, soddisfa le esigenze di vari campioni complessi e rigorose applicazioni a valle.

Lo sviluppo della medicina di precisione e della diagnostica personalizzata richiede una maggiore sensibilità, velocità, e automazione nell'estrazione degli acidi nucleici dal sangue. La tecnologia delle sfere magnetiche di silice continuerà a essere il motore principale dell’innovazione e del progresso in questo campo.

Fornitore

Shanghai Lingjun Biotecnologia Co., Ltd.è stato fondato nel 2016 che è un produttore professionale di materiali biomagnetici e reagenti per l'estrazione degli acidi nucleici.

Abbiamo una ricca esperienza nell'estrazione e purificazione degli acidi nucleici, purificazione delle proteine, separazione cellulare, chemiluminescenza, e altri campi tecnici.

I nostri prodotti sono ampiamente utilizzati in molti campi, come i test medici, test genetici, ricerca universitaria, allevamento genetico, e così via. Non solo forniamo prodotti, ma possiamo anche intraprendere l'OEM, ODM, e altre esigenze. Se hai un'esigenza correlata, non esitate a contattarci .