Bio-On-Magnetic-Beads (BOMB): Open platform for high-throughput nucleic acid extraction and manipulation EP.1

Share on facebook
Share on google
Share on twitter
Share on email

ปัจจุบันงานวิจัยทางด้านชีวโมเลกุลมีการมุ่งเน้นไปทางด้านการพัฒนาขั้นตอนการทำงานและเพิ่มความบริสุทธิ์ของกรดนิวคลีอิค (manipulation and purification of nucleic acid) โดยทั่วไปนิยมใช้หลักการของการ silica-base column ซึ่งในบางขั้นตอนการทำงานจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ที่มีจำเพาะ หรือใช้สารเคมีที่เป็นอันตราย อีกทั้งยังต้องใช้งบประมาณมากและไม่เหมาะต่อนำไปประยุกต์ใช้แบบ high-throughput ได้

ในบทความนี้ก็จะมีการพูดถึงการนำ Magnetic Beads มาประยุกต์ใช้ให้เข้ากับงานด้านนี้ เพื่อขจัดปัญหาที่กล่าวมาข้างต้นอย่างเป็นขั้นตอน ทั้งวิธีการสังเคราะห์ Magnetic Beads และวิธีการนำไปใช้เพื่อให้เกิดประสิทธิภาพแบบ high-throughput การทำให้ nucleic acid มีความบริสุทธิ์ทั้งในรูปแบบของ Plasmid, genomic DNA, RNA และ total nucleic acid (TNA) จากสิ่งต่างๆเช่น แบคทีเรีย, สัตว์, พืช และอื่นๆ นอกจากนี้ ยังได้มีการกล่าวถึงการนำ Magnetic Beads ไปใช้สำหรับ Bisulfite conversion และ Size selection สำหรับงานด้าน DNA และ RNA อีกด้วย ทั้งนี้จุดประสงค์ของบทความก็เพื่อแสดงการเปรียบเทียบ ความสามารถ ความจำเพาะ ประสิทธิภาพ และราคาของการใช้ Magnetic beads กับวิธีอื่นๆ รวมถึงเป็นการนำเสนอแหล่งข้อมูลในการนำ Magnetic beads มาประยุกต์ใช้ (Open-source protocols) : https://bomb.bio

Introduction

           เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่า nucleic acid, RNA, และ DNA นั้นเป็นสารพันธุกรรมที่สามารถถ่ายทอดได้ ด้วยเหตุผลนี้เองที่ยังคงทำให้ห้องทดลองหลายๆที่จำเป็นจะต้องมีการจัดการและทำให้ nucleic acid มีความบริสุทธิ์อยู่เสมอ ซึ่งขั้นตอนในการทำให้ nucleic acid มีความบริสุทธิ์นั้นสามารถทำได้หลากหลายวิธีขึ้นอยู่กับสิ่งที่เราจะนำมาศึกษาและทดลอง โดยส่วนใหญ่แล้วเซลล์ที่นำมาศึกษากันนั้นมักจะเป็นพวก แบคทีเรีย, เซล์พืช, เซลล์สัตว์ หรือแม้กระทั่งเนื้อเยื่อต่างๆ นอกจากนี้ก็อาจจะเป็นพวกที่ไม่เป็นเซลล์ (cell free source) เช่น น้ำเลือด หรือ ปฏิกิริยาที่เกิดจากการทดลองอย่าง PCR ก็ได้

          การทำให้ nucleic acid บริสุทธิ์เพื่อไปใช้ในการวิเคราะห์และทดลองต่างๆนั้น จำเป็นจะต้องใช้ reagent ที่เหมาะสมและความชำนาญในการทำการทดลองเป็นอย่างมาก โดยส่วนใหญ่แล้วในห้องทดลองจะใช้หลักการแบบ silica-base column และการ centrifuge ซึ่งจำเป็นจะต้องใช้สารเคมีที่เป็นพิษอย่างเช่น phenol รวมไปถึง silica bead ที่มีราคาสูง อีกทั้งหากจะต้องทำให้ nucleic acid บริสุทธิ์ในปริมาณมากๆนั้น ก็อาจจะทำให้เสียเวลาและมีโอกาศผิดพลาดได้
การนำ Magnetic beads ที่มีคุณสมบัติแบบ solid-phase reversible immobilisation (SPRI) กล่าวคือสามารถจับกับกรดนิวคลิอิกในสภาวะที่ไม่มีน้ำ ภายใต้สนามแม่เหล็กได้นั้นจะช่วยลดการสูญเสียปริมาณของ nucleic acid จากขั้นตอนในการทำให้บริสุทธิ์ต่างๆได้ อีกทั้งยังเป็นวิธีที่ไม่จำเป็นต้องใช้ centrifuge และอุปกรณ์ที่มีราคาแพงอีกด้วย อย่างไรก็ตามการนำ Magnetic beads มาใช้งานในการทดลองก็เป็นสิ่งที่น่าสนใจและจำเป็นจะต้องศึกษาข้อมูลของแหล่งผลิตสำหรับการนำไปใช้งานให้ชัดเจนมากขึ้น

          Bio-On-Magnetic-Beads หรือ BOMB เป็น open-source platform จะถูกนำมากล่าวถึงในบทความนี้ เพื่อเป็นแนวทางในการนำ Magnetic bead-based ทั้งแบบดั้งเดิมและแบบใหม่ไปประยุกต์ใช้ให้เข้ากับการทดลองต่างๆในการทำให้ nucleic acid มีความบริสุทธิ์สูงขึ้น ซึ่งข้อมูลเบื้องต้นที่ผู้เขียนแสดงนั้น จะพูดถึงการสังเคราะห์ Magnetic nanoparticles (MNPs) และการนำไปใช้งาน ไม่ว่าจะเป็นการเคลือบ MNPs ด้วย silica หรือ carboxyl โดยใช้อุปกรณ์ที่มีอยู่ทั่วไปในห้องทดลอง หรืออุปกรณ์ที่ใช้สำหรับ magnetic immobilization ซึ่งถูกผลิตขึ้นมาเพื่อให้เหมาะสำหรับ 1.5 ml microcentrifuge tubes และ 96-well plates สุดท้ายนี้ได้มีการอธิบายถึงการนำ beads และ magnetic racks มาใช้ในการทำให้ nucleic acid บริสุทธิ์ในรูปแบบต่างๆ โดยหวังว่า BOMB จะมีประโยชน์ไม่มากก็น้อย (Fig 1)

Building the BOMB molecular biology platform

          แม้ว่าจะมีนักวิจัยจำนวนมากที่สนใจและพัฒนาเม็ด magnetic beads เพื่อมาวางขายในหลากหลายยี่ห้อ อย่างเช่น DynaBeads และ AMPure แต่ราคาของเม็ด beads นั้น ก็ยังคงมีราคาสูงมากสำหรับการใช้งานอยู่ดี องค์ประกอบที่สำคัญหลักๆของ Magnetic bead platform ก็คือ ตัวของเม็ด beads นั่นเอง และความแรงของแม่เหล็กที่ทำหน้าที่ในการตรึงเม็ด magnetic beads ให้อยู่กับที่  โดย Magnetic beads ที่เอามาใช้งานนั้นจะมีอยู่ 2 ขนาดด้วยกัน คือขนาดเล็ก (50 nm – 2 μm) และขนาดใหญ่ (1-5 μm) ซึ่งทั้ง 2 ขนาดนี้จะมีคุณสมบัติที่ต่างกันทั้งทางด้าน physical และ chemical อีกด้วย ยกตัวอย่างเช่น โพลิเมอร์ที่ติดอยู่บนเม็ด beads ขนาดใหญ่นั้นจะช่วยให้ความหนาแน่นของเม็ด beads ลดลง ทำให้เม็ด beads บางส่วนนั้นยังคงลอยอยู่ในสาร suspension ในขณะที่เม็ด beads ขนาดเล็กนั้นก็มีพื้นที่ผิวสำพันธ์ในการจับที่กว้างขึ้น

          ประเด็นสำคัญก่อนที่จะนำ Magnetic beads มาใช้ในการทดลองนั้นคือ beads จำเป็นต้องถูกเคลือบด้วยสารเคมี โดยไม่จำเป็นต้องคำนึงถึงขนาดของเม็ด beads ด้วยเหตุผลแรกก็เพื่อเป็นการรักษาความเสถียรของเม็ด beads จากการ oxidation ของ ferrite ที่สามารถทำให้เกิดการปนเปื้อน หรือการสูญเสียความเป็นแม่เหล็กได้ เหตุผลที่สองก็คือการเคลือบ Magnetic beads นั้นจะเป็นการเพิ่มหน้าที่และความจำเพาะของเม็ด beads ที่หลากหลายมากขึ้น เช่นการเคลือบเม็ด beads ด้วย silica และ carboxyl นั้นจะทำให้เม็ด beads มีความเป็นประจุลบอ่อนๆ เพื่อที่จะเอาไว้ผลักกลับประจุลบของ nucleic acid ในขั้นตอนการ elution ของการสกัด nucleic acid ต่อไปได้

Cr. ละปิง

ติดตามได้ต่อ Ep.2

ผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้อง

MagTec, Nano Magnetic beads for Virus extract DNA/RNA, BIOENTIST, THAILAND