بید مغناطیسی

بید‌ مغناطیسی دسته ای از ذرات مغناطیسی هستند که به طور گسترده‌ای برای انواع کاربردهای زیست‌شناسی مولکولی، از جمله توالی‌یابی نسل بعدی (NGS)، واکنش زنجیره‌ای پلیمراز (PCR)، PCR کمی (qPCR)، PCR دیجیتال قطره‌ای (ddPCR) و سایر کاربردهای تکثیر، ژنوتایپ‌سازی و همچنین تخلیص پروتئین استفاده می‌شوند.

در این مطلب به بررسی بید‌های مغناطیسی پرداخته می‌شود. پس با AMINBIC همراه باشید.

بید مغناطیسی چیست؟

بیدهای مغناطیسی با خاصیت سوپرپارامغناطیسی، یکی از ابزارهای پرکاربرد در زیست‌شناسی مولکولی برای جداسازی آسان و موثر مولکول‌های زیستی هستند که شامل ذرات کوچک (20 تا 30 نانومتر) اکسید آهن، مانند مگنتیت (Fe₃O₄) می‌باشند.

بیدهای سوپر‌پارامغناطیسی تنها در حضور یک میدان مغناطیسی خارجی رفتار مغناطیسی نشان می‌دهند. این ویژگی سوپرپارامغناطیسی، که وابسته به اندازه کوچک بیدها است، به آن‌ها این امکان را می‌دهد تا در سوسپانسیون، همراه با هر چیزی که به آن‌ها متصل است، جدا شوند. بیدها در خارج از میدان مغناطیسی یکدیگر را جذب نمی‌کنند، پس هیچ نگرانی در مورد تجمع ناخواسته آن‌ها نخواهیم داشت.

این سهولت در استفاده باعث می‌شود MagBic برای طیفی از کاربردها مناسب باشند.

کاربرد بیدها

انواع مختلفی از بیدهای مغناطیسی وجود دارند. پوشش‌های متفاوت سطح و خواص شیمیایی، به هر نوع بید ویژگی‌های اتصال منحصر به فردی را می‌دهد که آن‌ها را برای کاربردهای زیست‌شناسی مولکولی و ایمونودیاگنوستیک مناسب می‌کند، از جمله این کاربرد ها:

• جداسازی و تخلیص اسید نوکلئیک، مانند DNA، RNA، پلاسمیدها و DNA میتوکندریایی
• جداسازی و تخلیص پروتئین
• انتخاب بر حسب اندازه
• جداسازی سلول‌، اندامک یا انواع اهداف خاص
• جداسازی سلول‌های فعال‌شده به روش مغناطیسی (MACS)

آشنایی با ساختار بید سوپر‌پارامغناطیسی

بیدهای مغناطیسی لایه به لایه از طریق پلیمریزاسیون امولسیونی رادیکال آزاد استایرن و مونومر اسید، روی یک هسته‌ی پلی استایرن ساخته می‌شوند. این هسته توسط یک لایه مگنتیت پوشانده شده است که به بید ویژگی سوپرپارامغناطیسی می‌دهد. این مگنتیت‌ها توسط پلیمر احاطه شده‌اند. تغییراتی در سطح بیدها برای به حداقل رساندن اتصال غیراختصاصی پروتئین‌ها انجام می‌شود.

جداسازی مغناطیسی

در زیست‌شناسی مولکولی، از بید‌های سوپرپارامغناطیسی و یک میدان مغناطیسی برای فراهم کردن روشی ساده و قابل اعتماد برای تخلیص انواع مولکول‌های زیستی استفاده می‌شود.

با استفاده از پوششی مناسب برای سطح بید و بهینه‌سازی شرایط، مولکول‌ هدف به صورت اختصاصی به بیدها متصل خواهد شد، در حالی که ناخالصی‌ها در محلول باقی می‌مانند. سپس مولکول هدف جدا شده، به عنوان مثال DNA، می‌تواند به طور مستقیم در تجزیه و تحلیل‌ها و کاربردهای زیست‌شناسی مولکولی استفاده شود.

یکی از مزایای اصلی بید‌های مغناطیسی توانایی آن‌ها در جداسازی اسیدهای نوکلئیک و سایر مولکول‌های زیستی به طور مستقیم از انواع نمونه‌های خام مختلف با حداقل پردازش است. ترکیبی از چند منظوره بودن و سادگی، بید‌های مغناطیسی را از سایر روش‌های جداسازی اسید نوکلئیک که نیاز به زمان بیشتری دارند و اغلب دارای پروتکل‌های متفاوت برای انواع مختلف نمونه‌ها هستند، متمایز می‌کند.

استخراج DNA با بید مغناطیسی

تکنیک خالص‌سازی اسید نوکلئیک با استفاده از بیدهای مغناطیسی که در دهه 1990 آغاز شد، بر پایه‌ی استفاده از بیدهای مغناطیسی است که دارای پوششی هستند که قابلیت اتصال برگشت‌پذیر به اسیدهای نوکلئیک را با تغییر شرایط بافری دارد که به اختصار به آن اشاره خواهیم کرد:

ابتدا، DNA به بیدهای مغناطیسی با پوشش مناسب متصل می‌شود. سپس یک میدان مغناطیسی خارجی اعمال می‌شود که بیدها را به لبه خارجی لوله جذب و آن‌ها را ثابت می‌کند. بیدها، به DNA  متصل شده و در حین مراحل شست و شو ثابت باقی می‌مانند در حالی که ناخالصی‌ها حذف می‌شوند.

سپس، افزودن بافر شست‌وشو (Elution Buffer)، DNA را از بیدهای ثابت آزاد می‌کند که می‌توان از آن به عنوان یک نمونه خالص و آماده برای تعیین کمیت و آنالیز استفاده کرد.

در نهایت، میدان مغناطیسی حذف شده و بیدهای آزاد شده برای استفاده مجدد آماده‌اند. با این رویکرد، دیگر نیازی به سانتریفیوژ یا خلاء نیست، بنابراین نه تنها استخراج DNA را ساده می‌کند، بلکه؛

• مراحل و واکنشگرهای کمتری نسبت به سایر پروتکل‌های استخراج DNA دارد،
• تنش یا نیروهای برشی روی مولکول‌های هدف به حداقل می‌رسد،
• در پلیت‌های 24، 96 و 384 خانه‌ای به طور اتومات قابل استفاده است.

استفاده از رک های جداسازی مغناطیسی

رک‌های جداسازی مغناطیسی روشی سریع و آسان برای تخلیص پروتئین‌ها، اسیدهای نوکلئیک و دیگر مولکول‌های زیستی ارائه می‌دهند. مولکول‌های زیستی هدف از نمونه‌های بیولوژیک با استفاده از بید‌های مغناطیسی جدا می‌شوند. یک نیروی مغناطیسی به مخلوط نمونه اعمال می‌شود و مولکول مورد نظر که قبلا به بیدهای مغناطیسی متصل شده است، از بقیه‌ی مخلوط جدا می‌شود. این روش جداسازی مغناطیسی کاربردهایی در استخراج DNA و mRNA، جداسازی سلول‌ها، و خالص‌سازی پروتئین‌ دارد.

نکات مهم در زمان کار با بید‌های مغناطیسی

• برای استخراج هسته‌ای، اندامکی یا سلول کامل، معمولاً استفاده از بافرهای قوی توصیه می‌شود، در حالی که بافرهای ملایم‌تر برای استخراج سیتوپلاسمی ترجیح داده می‌شوند.
• در هنگام کار با سلول‌ و بافت‌های گیاهی و برخی باکتری‌های گرم مثبت، بهتر است از روش‌های آسیاب کردن یا کوبیدن با بیدهای مغناطیسی استفاده شود تا سلول‌ها به طور فیزیکی تخریب و هدف در محلول آزاد شود. این اقدام به بید‌ها این امکان را می‌دهد تا به طور موثر به هدف متصل شوند.
• اگر با نمونه‌های مستعد تجزیه شدن، مانند پروتئین‌ها و اسیدهای نوکلئیک کار می‌کنید، مطمئن شوید که از مهارکننده‌های مناسب استفاده می‌کنید.
• انجام مراحل آزمایش روی یخ به حفظ سالم ماندن هدف کمک می‌کند و همچنین تداخلات غیراختصاصی ناشی از تجزیه‌ی نمونه را کاهش می‌دهد. اگر قصد دارید که از این نمونه‌ها در آزمایش‌های آینده استفاده کنید، آن‌ها را در دمای 20- یا 80- درجه سانتی گراد (برای نگهداری طولانی مدت) با مهارکننده‌های مناسب نگهداری کنید. نمونه‌های خود را بیش از یک بار فریز و ذوب نکنید.
• برای هدف‌های با مقادیر کم، ممکن است لازم باشد غلطت نمونه را قبل از ادامه آزمایش افزایش دهید. افزایش غلظت را می‌توان با استفاده از روش‌هایی مانند ستون‌های غلظت، دیالیز و الوتاسیون مجدد در حجم‌های کوچک انجام داد.
• برای دستیابی به بهترین نتایج این دو ویژگی بیدها را بهینه‌سازی کنید:

1. اختصاصیت بید، توانایی اتصال دقیق به مولکول‌های هدف
2. ظرفیت پیوند (مقدار نمونه‌ای که می‌تواند به حجم خاصی از بیدها متصل شود)

پیشرفت‌های اخیر در استفاده از بیدهای مغناطیسی

• کیت‌های مبتنی بر بیدهای مغناطیسی برای تخلیص نمونه‌های SARS-CoV-2
• شناسایی دقیق اسید نوکلئیک (RNA و DNA) از سوآب‌ها، خون و محیط های انتقال
• استخراج DNA بدون سلول (cfDNA) در بیوپسی‌های مایع بر اساس اندازه

بیدهای مغناطیسی در طیف وسیعی ازنظر شیمی‌ سطح و اندازه‌ وجود دارند تا نیازها را در کاربردهای مختلف برآورده کنند و برای هر کاربرد خاص، می‌توان شیمی سطح را تغییر داد. در ادامه به طور خلاصه، به بررسی کلی از انواع مختلف بیدهای مغناطیسی بر اساس پوشش و کاربرد آن‌ها پرداخته شده است.

1. بید‌های مغناطیسی با پوشش کربوکسیلات

• • پیوند کووالانت
  • سنجش میل ترکیبی به روش Pull down
  • جداسازی اسید نوکلئیک
  • انتخاب اندازه NGS

2. بید‌های مغناطیسی با گروه آمین

• • کاربردهای پیوند مشابه با بیدهای پوشش‌دار کربوکسیلات

3. بیدهای مغناطیسی با پوشش oligo(dT)

• • استخراج و تخلیص mRNA
  • RT-PCR
  • ساخت کتابخانه cDNA
  • Subtractive hybridization
  • NGS (توالی‌یابی RNA)

4. بیدهای مغناطیسی با پوشش استرپتاویدین

کاربردهای آزمون ایمنی و زیست‌شناسی مولکولی:

• • آماده‌سازی نمونه و توسعه آزمون برای ژنومیک و پروتئومیک.

5. بیدهای مغناطیسی بلوکه شده با استرپتاویدین

• • کاربردهای پیوند با بیوتین با اختصاصیت بالا:
  • تشخیص مولکولی و آزمون‌های ایمنی
  • آماده‌سازی کتابخانه NGS

6. بید‌های مغناطیسی با پوشش نوترآویدین

گزینه‌ای جایگزین برای استرپتاویدین در کاربردهای آزمون ایمنی و زیست‌شناسی مولکولی:

• • آماده‌سازی نمونه و توسعه آزمون برای ژنومیک و پروتئومیک

7. بید‌های مغناطیسی با پوشش پروتئین A/G

کاربردهای جداسازی آنتی‌بادی:

• • سنجش میل ترکیبی به روش Pull down
  • Immunoprecipitation

8. بید‌های مغناطیسی با پوشش سیلیکا

کاربردها با مقادیر کم نمونه:

• • استخراج اسید نوکلئیکی برای کاربردهای تشخیص مولکولی مانند qPCR

9. مگ سفاروز

جایگزینی مناسب برای ستون‌های سفاروز، با کاربردهای تخلیص پروتئین شامل:

• • سنجش میل ترکیبی به روش Pull down
  • Immunoprecipitation