1.1: Introducción a la centrífuga

La centrífuga es un instrumento utilizado en casi todos los laboratorios de investigación biomédica del mundo.

La centrifugación es un proceso mediante el cual se utiliza una centrífuga para separar los componentes de una mezcla compleja.

Al hacer girar muestras de laboratorio a velocidades muy altas, los componentes de una mezcla dada se someten a una fuerza centrífuga, lo que hace que las partículas más densas se alejen del eje de rotación y las más ligeras se muevan hacia él. Estas partículas pueden sedimentarse en el fondo del tubo en lo que se conoce como un pellet, y este espécimen aislado, o la solución restante, el sobrenadante, puede procesarse o analizarse posteriormente.

El componente principal de una centrífuga es el rotor, que es la parte móvil que gira a altas velocidades.

Los rotores se pueden fijar en su posición, o una centrífuga puede usar varios rotores fijados en la parte superior llamada husillo.

Por lo general, el rotor de la centrífuga tendrá una tapa que se atornilla firmemente para evitar que las muestras salgan volando.

Muchas centrífugas tienen una unidad de refrigeración que permite controlar la temperatura interna durante el centrifugado.

También tienen perillas o botones para ingresar los parámetros de cada carrera, que pueden incluir la duración del giro, la temperatura y la magnitud del giro en términos de velocidad o fuerza relativa.

La velocidad de centrifugado se mide como RPM o revoluciones por minuto. Las RPM son un valor complicado, porque no es la velocidad de la centrífuga lo que hace que las partículas se separen de una mezcla, sino la fuerza que actúa sobre estas partículas.

La fuerza que actúa sobre una partícula está relacionada con el radio del rotor de la centrífuga, y dado que las diferentes centrífugas tienen diferentes tamaños de rotor, se pueden aplicar diferentes fuerzas a la misma velocidad o RPM.

La fuerza de centrifugación también se puede cuantificar como fuerza centrífuga relativa o RCF. El RCF se presenta generalmente como un múltiplo de la aceleración gravitacional de la Tierra.

RCF se expresa como el producto del radio del rotor y el cuadrado de la velocidad angular dividido por la aceleración gravitacional de la Tierra.

RCF se puede relacionar con RPM mediante la siguiente ecuación, donde r representa el radio de la centrífuga medido en centímetros.

El uso de esta ecuación puede significar la diferencia entre un experimento fallido o exitoso, pero no es necesario aplicar este cálculo para cada nuevo procedimiento. Las centrífugas a menudo vienen con nomogramas que pueden ayudar a convertir RCF a RPM con bastante facilidad. Utilice una regla para conectar el radio de la centrífuga y un valor de RPM dado, con el fin de obtener RCF.

Para comenzar a girar sus muestras, considere la temperatura. Si está utilizando una centrífuga refrigerada, entonces querrá que la temperatura interna de la máquina alcance el valor deseado antes de comenzar el centrifugado, o puede encontrar otras formas de enfriar el rotor.

Inmediatamente antes de girar, asegúrese de que todas las tapas de sus tubos estén apretadas y seguras.

Cuando cargue sus tubos, asegúrese de que cada muestra esté compensada con otra muestra directamente frente a ella.

Si solo tienes un tubo, entonces haz otro tubo que pueda actuar como contrapeso.

Si tienes tres tubos, puedes colocarlos en un triángulo para que estén equidistantes entre sí.

El equilibrio de los pesos en una centrífuga es fundamental. Los rotores centrífugos alcanzan altas velocidades y tienen mucha energía cinética. Si no se equilibra correctamente, toda la unidad de centrífuga puede ser impulsada desde su lugar de reposo y causar daños graves.

Una vez que confirme que el rotor y la tapa están seguros, encienda la centrífuga y espere hasta que alcance la velocidad deseada. Si nota un problema, llame a un miembro experimentado del laboratorio para que venga a ayudarlo.

Cuando se complete la centrifugación, debería poder ver su muestra biológica en el fondo del tubo en una bolita, que se ha separado del resto de la solución, o sobrenadante.

El sobrenadante se puede eliminar decantándolo, un nombre elegante para verterlo, o se puede aspirar, un término elegante para usar la succión para eliminarlo.

Luego, la muestra purificada se puede devolver a una solución a través de un proceso llamado resuspensión. Las repeticiones de centrifugación, o células giratorias, seguidas de células de aspiración y resuspensión en tampón, a menudo se denominan células de lavado.

Ahora que ha visto algunos conceptos básicos de la centrifugación, es hora de echar un vistazo a algunos de los tipos de centrífugas que existen y los procedimientos que puede llevar a cabo con ellas.

Las centrífugas de rotor de ángulo fijo son probablemente el tipo más común de este instrumento que encontrará en el laboratorio. Muchas centrífugas de mesa entran en esta categoría.

Estas centrífugas, en las que los tubos se asientan en una posición fija y en ángulo, se utilizan en protocolos de centrifugación diferencial. En estos protocolos, se pueden utilizar una serie de centrifugaciones a diferentes velocidades para purificar muestras biológicas como células animales. Por lo general, estos protocolos implican varios pasos de lavado de celdas.

A diferencia de los rotores de ángulo fijo, los rotores oscilantes tienen soportes de tubo flexibles que permiten que las muestras giren hacia afuera. Estos rotores son beneficiosos en aplicaciones como la centrifugación en gradiente de densidad, donde las muestras biológicas migran a distintas capas de medios de gradiente. Este tipo de centrifugación es útil para aislar rápidamente un tipo de célula de otra, o para aislar orgánulos individuales.

Por último, la ultracentrífuga es la hermana mayor de todas las centrífugas que encontrarás en el laboratorio. Puede girar a más de 70.000 rpm, lo que lo hace muy adecuado para el aislamiento de partículas pequeñas, como el ADN o los virus.

Debido a las altas velocidades de esta centrífuga, se debe tener especial cuidado para garantizar que las cargas estén correctamente equilibradas y que tanto el rotor como la tapa estén seguros.

Acabas de ver la introducción de JoVE a la centrifugación. En este video revisamos: qué es una centrífuga y cómo funciona, cómo operar y hacer funcionar una centrífuga, algunas precauciones de seguridad y diferentes aplicaciones de su centrifugación. Gracias por mirar y recuerda equilibrar tus trompas.