Ултразвуково изолиране на стволови клетки
Ултразвуковата обработка е високоефективен механичен метод за изолиране на стволови клетки от човешка мастна тъкан. Ултразвуково изолираната стромално-васкуларна фракция (SVF) показва значителен регенеративен потенциал за медицински приложения. Hielscher Ultrasonics предлага разнообразни възможности за директна и индиректна ултразвукова обработка за събиране на стволови клетки. Намерете идеалния ултразвуков апарат за вашия процес на изолиране на стволови клетки!
Ултразвуково изолиране на стволови клетки
Мастната тъкан, извлечена от човешкото тяло (чрез липосукция), се подлага на ултразвукова обработка, за да се отдели тъканта от стволовите клетки и другите клетки, участващи в растежа. Тази отделена клетъчна фракция е известна като клетки на стромално-васкуларната фракция (SVF).
Техниката за ултразвуково изолиране на стволови клетки от мастна тъкан се основава единствено на принципа на действие на кавитацията, предизвикана от ултразвук, която представлява чисто механично срязване. Тези кавитационни сили на срязване разрушават мастната тъкан, така че стволовите клетки се освобождават от нейната структура. Ултразвуковото изолиране на стволови клетки е процедура без ензими, при която се избягва използването на колагеназа, трипсин или диспаза.
За да се отделят извлечените стволови клетки, мезенхимните стволови клетки, ендотелните прекурсори и други типове клетки, участващи в растежа, обработената с ултразвук мастна тъкан се центрофугира.
Отделените стволови клетки се събират и се анализират за оценка на качеството им, включително чрез определяне на броя на клетките, жизнеспособността и ендотоксина, както и чрез оцветяване по Грам, преди да бъдат използвани незабавно за автоложна трансплантация или съхранени чрез криосъхранение.
Защо да се избягват ензимите?
Тъй като ензимното разграждане за изолиране на стволови клетки е свързано с високи разходи и възможни рискове за безопасността, както и с недостатъчна ефективност [Oberbauer et al. 2015], се предпочитат неензимни методи за изолиране, като ултразвуковата кавитация. Етапът на ултразвуково изолиране замества ензимното разграждане, като отделя механично клетките и клетъчните агрегати от мастната тъкан.
GDmini2 към преобразувателя UP200St-TD (200 вата)
- Бърза
- Ефективна
- Възпроизводима
- Безопасна
- Без ензими
- Икономически изгодна
- Възможности за стерилна обработка
Стволови клетки, получени от мастна тъкан
Добив на стволови клетки чрез ултразвукова обработка
Публикуваният метод за изолиране на стромално-васкуларната фракция чрез ултразвукова кавитация осигурява добив от 1,67–2,24 × 107 клетки с жизнеспособност 97,1–98,9% [Victor, S., 2014]. Чрез ултразвуков лизис на зрели адипоцити в дисоциирана мастна тъкан е получен добив от около 2–4 милиона клетки/грам мастна тъкан [Bright et al., 2014].
Клетките, подготвени чрез ултразвукова обработка, притежават също толкова висок потенциал за адипогенна и остеогенна диференциация в сравнение със стандартен метод за ензимно изолиране [Oberbauer et al. 2015].
Ултразвукови системи за изолиране на стволови клетки
За да се осигурят най-висока безопасност и най-добро качество, надеждното ултразвуково оборудване, което позволява прецизен контрол върху обработката на стволовите клетки, е ключов фактор за успешното лечение на пациентите. Hielscher Ultrasonics предлага различни възможности за процес на автоложно разделяне чрез ултразвукова кавитация за изолиране и събиране на стволови клетки и ендотелни прекурсорни клетки.
Директна ултразвукова обработка за изолиране на стволови клетки
При процеса на изолиране на стволови клетки чрез директна ултразвукова обработка ултразвуковият рог (сонотрод, ултразвуков накрайник / сонда) се потапя в мастната тъкан. Чрез сонотрода ултразвуковите вълни се предават директно в автоложната мастна тъкан, така че ултразвуковата кавитация освобождава стволовите клетки и стромалните клетки от остатъчната тъкан. Ултразвуковите апарати на Hielscher UP200Ht и UP200St със сонотрод S26d14 са често използвани системи за обработка на автоложни стволови клетки. Изолирането на стромално-васкуларната фракция чрез директна ултразвукова обработка е подходящо предимно за използване в чисти помещения.
Индиректна ултразвукова обработка за изолиране на стволови клетки
Тъй като стволовите клетки се използват за автоложни приложения, стерилността на процеса е много важна. Затова Hielscher разработи няколко възможности за индиректна ултразвукова обработка, като GDmini2, VialTweeter и други системи, адаптирани към конкретните изисквания. При индиректната ултразвукова обработка ултразвуковите вълни се предават през стената на съда в мастната тъкан. Стромално-васкуларната фракция (SVF) се отделя от мастната тъкан чрез ултразвукова кавитация по същия начин, както при директната ултразвукова обработка.
Процесът на индиректна ултразвукова обработка предлага предимството клетките да се обработват в затворен съд при условия без замърсяване поради елиминирането на риска от кръстосано замърсяване при въвеждането на ултразвуковия рог (сонотрод). Изолирането на клетките се извършва в затворена система, която осигурява стерилни условия на процеса.
Прочетете повече за ултразвуковите апарати на Hielscher за стерилна обработка!
Цифровите ултразвукови апарати на Hielscher могат да се управляват прецизно чрез сензорен дисплей или през браузър. Процедурите за ултразвукова обработка могат да се задават предварително чрез интуитивното меню. Ултразвуковите устройства са оборудвани с функция за автоматично записване на данни (всички данни за процеса на ултразвукова обработка се съхраняват на вградена SD карта). Подаваната ултразвукова мощност може да се регулира точно според протокола за изолиране на клетки.
Ултразвуковият апарат VialTweeter е стерилен хомогенизатор за равномерна и бърза стерилна подготовка на проби.
Литература/Източници
- Oberbauer, Eleni; Steffenhagen, Carolin; Wurzer, Christoph; Gabriel, Christian; Redl, Heinz; Wolbank, Susanne (2015): Enzymatic and non-enzymatic isolation systems for adipose tissue-derived cells: current state of the art. Cell Regeneration (2015) 4:7.
- Stadlmann, J., Taubenschmid, J., Wenzel, D. et al. (2017): Comparative glycoproteomics of stem cells identifies new players in ricin toxicity. Nature 549, 2017. 538–542
- Haghjoo M., Azarbayjani M.A., Peeri M., Hosseini S.A. (2019): Effect of Training, Hyaluronic Acid, and Mesenchymal Stem Cell Therapies on Osteocalcin Gene Expression in Cartilage Tissue of Rats with Knee Osteoarthritis. Gene Cell Tissue 6, 2019.
- Zhu M., Kong D., Tian R., Pang M. , Mo M., Cheng, Y., Yang G., Cheng H.L., Lei X., Fang K., Cheng B., Wu Y. (2020): Platelet sonicates activate hair follicle stem cells and mediate enhanced hair follicle regeneration. Journal of Cellular and Molecular Medicine 24, 2020. 1786–1794.
Полезни факти
Какво представляват стволовите клетки?
Стволовите клетки са недиференцирани клетки на многоклетъчен организъм, които имат способността да произвеждат неограничено повече клетки от същия тип. Те се характеризират със забележителния потенциал да се развиват в много различни типове клетки в организма през ранните етапи на живота и растежа. Най-отличителната особеност на стволовите клетки е способността им да се самообновяват чрез клетъчно делене и да се превръщат в клетки, специфични за дадена тъкан или орган, със специални функции. Плурипотентните стволови клетки имат потенциала да се диференцират във всяка от трите зародишни клетки: ендодерма (вътрешна лигавица на стомаха, стомашно-чревен тракт, бели дробове), мезодерма (мускули, кости, кръв, урогенитални структури) или ектодерма (епидермални тъкани и нервна система).
В някои органи, като червата и костния мозък, стволовите клетки се делят редовно, за да възстановяват и заменят износени или увредени тъкани. В други органи, като панкреаса и сърцето, стволовите клетки се делят само при специални условия.
Мезенхимните стромални/стволови клетки (MSC), които предлагат висок потенциал за разнообразни терапевтични приложения в регенеративната и естетичната медицина, се намират главно в костния мозък, но могат да бъдат изолирани и от други тъкани (напр. хрущял, мастна тъкан, мускулни клетки). Мезенхимните стволови клетки се смятат за прототипни стволови клетки на възрастния организъм, които се характеризират със способността си за самообновяване.
Изследванията и терапиите със стволови клетки се използват за култивиране на тъкани и органи за целите на трансплантацията (тъканно инженерство). Други медицински области на приложение на стволовите клетки включват лечението на мозъчни заболявания (напр. болестта на Паркинсон и болестта на Алцхаймер), терапията при клетъчен дефицит, заболяванията на кръвта (напр. левкемия), дегенерацията на ставите и хрущялите (напр. остеоартрит), както и козметичните процедури (напр. процедури против стареене). Като цяло стволовите клетки имат диаметър приблизително 15–25 микрометра.
Мезенхимните стволови клетки (MSC) са мултипотентни стромални клетки, които имат способността да се диференцират в различни типове клетки, включително остеобласти (костни клетки), хондроцити (хрущялни клетки), миоцити (мускулни клетки) и адипоцити (мастни клетки).
Какво представлява стромално-васкуларната фракция (SVF)?
Стромално-васкуларната фракция (SVF) е компонент на липоаспирата, който може да бъде извлечен чрез липосукция от мастната тъкан в човешкото тяло. Липоаспиратът представлява хетерогенна смес от клетки и има високо съдържание на стволови клетки, известни като стволови клетки, получени от мастна тъкан (ASC или ADSC), които показват сходства със стволовите клетки от костния мозък, като способността им да се диференцират в клетки от различни линии.
Хетерогенната клетъчна популация на стромално-васкуларната фракция включва, наред с други, ендотелни клетки, еритроцити, фибробласти, лимфоцити, моноцити/ макрофаги и перицити, както и значителна фракция от стволови клетки, получени от мастна тъкан.
Какво представляват стромалните/стволовите клетки, получени от мастна тъкан (ASC)?
Стромалните/стволовите клетки, получени от мастна тъкан (ASC / ADSC), освобождават високи нива на биоактивни растежни фактори, като епидермален растежен фактор (EGF), съдов ендотелен растежен фактор (VEGF), основен фибробластен растежен фактор (bFGF), кератиноцитен растежен фактор (KGF), тромбоцитен растежен фактор (PDGF), хепатоцитен растежен фактор (HGF), трансформиращ растежен фактор-бета (TGF-β), инсулинов растежен фактор (IGF) и невротрофичен фактор, получен от мозъка (BDNF). ACS не само освобождават растежни фактори, но и секретират цитокини, включително лиганд на fms-свързаната тирозинкиназа 3 (Flt-3), гранулоцитен колониестимулиращ фактор (G-CSF), гранулоцитно-макрофагален колониестимулиращ фактор (GM-CSF), макрофагален колониестимулиращ фактор (M-CSF), интерлевкини (IL), като IL-6, IL-7, IL-8, IL-11 и IL-12, инхибиращ левкемията фактор (LIF) и фактор на туморната некроза-алфа (TNF-α).
Как се извличат стволовите клетки?
Автоложни възрастни стволови клетки от хора могат да бъдат извлечени от следните източници:
- Костен мозък, който изисква извличане чрез събиране, тоест чрез пробиване на костта.
- Мастна тъкан (липидни клетки), която изисква извличане чрез липосукция.
- Кръв, която изисква извличане чрез афереза, при която кръвта от донора преминава през „диализен“ апарат, където стволовите клетки се извличат, докато останалите кръвни компоненти се връщат обратно на донора.