Ultrazvučna izolacija matičnih ćelija
Ultrazvučna obrada (sonikacija) je vrlo efikasna mehanička metoda za izolaciju matičnih ćelija iz humanog masnog tkiva. Ultrazvučno izolovana stromalna vaskularna frakcija (SVF) pokazuje značajan regenerativni potencijal za medicinske primjene. Hielscher Ultrasonics nudi niz opcija direktne i indirektne sonikacije za prikupljanje matičnih ćelija. Pronađite idealan sonikator za svoj proces izolacije matičnih ćelija!
Ultrazvučna izolacija matičnih ćelija
Masno tkivo izdvojeno iz ljudskog tijela (liposukcijom) tretira se ultrazvučnom obradom kako bi se tkivo odvojilo od matičnih ćelija i drugih ćelija rasta. Ovaj odvojeni dio ćelija poznat je kao ćelije stromalne vaskularne frakcije (SVF).
Tehnika ultrazvučne izolacije matičnih ćelija iz masnog tkiva zasniva se isključivo na radnom principu kavitacije izazvane ultrazvukom, koja predstavlja čisto mehaničko smicanje. Ove kavitacijske smične sile razgrađuju masno tkivo, tako da se matične ćelije oslobađaju iz strukture masnog tkiva. Ultrazvučna izolacija matičnih ćelija je postupak bez enzima, kojim se izbjegava upotreba kolagenaze, tripsina ili dispaze.
Da bi se razdvojile izdvojene matične ćelije, mezenhimske matične ćelije, endotelni prekursori i drugi tipovi ćelija rasta, sonicirano masno tkivo se centrifugira.
Odvojene matične ćelije se prikupljaju i analiziraju s obzirom na njihov kvalitet, uključujući broj ćelija, vitalnost, endotoksin i bojenje po Gramu, prije nego što se odmah upotrijebe za autolognu transplantaciju ili sačuvaju u krioskladištu.
Zašto izbjegavati enzime?
Budući da je enzimska digestija za izolaciju matičnih ćelija praćena visokim troškovima i mogućim sigurnosnim rizicima, kao i nedostatkom efikasnosti [Oberbauer et al. 2015], preferiraju se neenzimske metode izolacije kao što je ultrazvučna kavitacija. Korak ultrazvučne izolacije zamjenjuje enzimsku digestiju tako što mehanički odvaja ćelije i agregate ćelija od masnog tkiva.
GDmini2 na pretvaraču UP200St-TD (200 vati)
- Brza
- Efikasna
- Ponovljiva
- Sigurna
- Bez enzima
- Isplativa
- Sterilne opcije
Matične ćelije porijeklom iz masnog tkiva
Prinos matičnih ćelija dobiven ultrazvučnom obradom
Objavljena metoda izolacije stromalne vaskularne frakcije pomoću ultrazvučne kavitacije daje 1,67–2,24 × 107 ćelija s vitalnošću od 97,1–98,9% [Victor, S., 2014]. Prinosi od oko 2–4 miliona ćelija/gram masnog tkiva dobiveni su ultrazvučnom lizom zrelih adipocita u disociranom masnom tkivu [Bright et al., 2014].
Ultrazvučno pripremljene ćelije imaju jednako visok adipogeni i osteogeni potencijal diferencijacije u poređenju sa standardnom enzimskom metodom izolacije [Oberbauer et al. 2015].
Ultrazvučni sistemi za izolaciju matičnih ćelija
Da bi se osigurala najviša sigurnost i najbolji kvalitet, pouzdana ultrazvučna oprema, koja omogućava preciznu kontrolu tretmana matičnih ćelija, ključni je faktor za uspješan tretman pacijenata. Hielscher Ultrasonics nudi različite opcije za autologni proces razdvajanja ultrazvučnom kavitacijom radi izolacije i prikupljanja matičnih ćelija i endotelnih prekursorskih ćelija.
Direktna sonikacija za izolaciju matičnih ćelija
Za proces izolacije matičnih ćelija direktnom sonikacijom, ultrazvučni rog (sonotroda, ultrazvučni vrh / sonda) uranja se u masno tkivo. Putem sonotrode ultrazvučni talasi se direktno prenose u autologno masno tkivo, tako da ultrazvučna kavitacija oslobađa matične i stromalne ćelije iz preostalog tkiva. Hielscher sonikatori UP200Ht i UP200St sa sonotrodom S26d14 su sistemi koji se uobičajeno koriste za tretman autolognim matičnim ćelijama. Izolacija stromalne vaskularne frakcije direktnom sonikacijom uglavnom je pogodna za upotrebu u čistim prostorijama.
Indirektna sonikacija za izolaciju matičnih ćelija
Budući da se matične ćelije koriste za autologne primjene, sterilnost procesa je vrlo važna. Stoga je Hielscher razvio nekoliko opcija indirektne sonikacije, kao što su GDmini2, VialTweeter i drugi prilagođeni sistemi. Kod indirektne sonikacije ultrazvučni talasi se prenose kroz zid posude u masno tkivo. Stromalna vaskularna frakcija (SVF) se iz masnog tkiva disocira ultrazvučnom kavitacijom na isti način kao i kod direktne sonikacije.
Proces indirektne sonikacije nudi prednost obrade ćelija u zatvorenoj posudi pod uvjetima bez kontaminacije budući da je eliminisan rizik od unakrsne kontaminacije umetanjem ultrazvučnog roga (sonotrode). Izolacija ćelija provodi se u zatvorenom sistemu koji osigurava sterilne uvjete procesa.
Saznajte više o Hielscher sterilnim sonikatorima!
Hielscher digitalni sonikatori mogu se precizno kontrolisati putem ekrana osjetljivog na dodir ili putem pretraživača. Postupci sonikacije mogu se unaprijed podesiti putem intuitivnog menija. Ultrazvučni uređaji opremljeni su automatskim bilježenjem podataka (svi podaci o procesu sonikacije pohranjuju se na integrisanu SD karticu). Unos ultrazvučne snage može se precizno prilagoditi protokolu izolacije ćelija.
Sonikator VialTweeter je sterilni homogenizator za ujednačenu i brzu sterilnu pripremu uzoraka.
Literatura/reference
- 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.
Činjenice vrijedne znanja
Šta su matične ćelije?
Matične ćelije su nediferencirane ćelije višećelijskog organizma koje imaju sposobnost da beskonačno stvaraju nove ćelije istog tipa. Odlikuje ih izniman potencijal da se razviju u mnoge različite tipove ćelija u tijelu tokom ranog stadija života i rasta. Najkarakterističnije obilježje matičnih ćelija je njihova sposobnost samoobnavljanja ćelijskom diobom i sposobnost pretvaranja u tkivno ili organski specifične ćelije sa posebnim funkcijama. Pluripotentne matične ćelije imaju potencijal da se diferenciraju u bilo koju od tri zametne ćelije: endoderm (unutrašnja sluznica želuca, probavni trakt, pluća), mezoderm (mišići, kosti, krv, urogenitalni sistem) ili ektoderm (epidermalna tkiva i nervni sistem).
U nekim organima, kao što su crijeva i koštana srž, matične ćelije se redovno dijele kako bi popravile i zamijenile istrošena ili oštećena tkiva. U drugim organima, kao što su gušterača i srce, matične ćelije se dijele samo pod posebnim uvjetima.
Mezenhimske stromalne/matične ćelije (MSC), koje nude visok potencijal za brojne terapijske primjene u regenerativnoj i estetskoj medicini, uglavnom se nalaze u koštanoj srži, ali se mogu izolovati i iz drugih tkiva (npr. hrskavice, masnog tkiva, mišićnih ćelija). Mezenhimske matične ćelije smatraju se prototipskim adultnim matičnim ćelijama koje se odlikuju sposobnošću samoobnavljanja.
Istraživanja matičnih ćelija i tretmani koriste se za uzgoj tkiva i organa za potrebe transplantacije (tkivno inženjerstvo). Druga medicinska područja primjene matičnih ćelija nalaze se u liječenju bolesti mozga (npr. Parkinsonove i Alzheimerove bolesti), terapiji nedostatka ćelija, bolestima krvi (npr. leukemija), degeneraciji zglobova i hrskavice (npr. osteoartritis), kao i kozmetičkim tretmanima (npr. tretmani protiv starenja). Općenito, matične ćelije imaju veličinu od približno 15-25 mikrona u prečniku.
Mezenhimske matične ćelije (MSC) su multipotentne stromalne ćelije koje imaju sposobnost diferencijacije u različite tipove ćelija, uključujući osteoblaste (koštane ćelije), hondrocite (ćelije hrskavice), miocite (mišićne ćelije) i adipocite (masne ćelije).
Šta je stromalna vaskularna frakcija (SVF)?
Stromalna vaskularna frakcija (SVF) je komponenta lipoaspirata koji se može izdvojiti liposukcijom iz masnog tkiva u ljudskom tijelu. Lipoaspirat se sastoji od heterogene mješavine ćelija i ima visok sadržaj matičnih ćelija, poznatih kao matične ćelije porijeklom iz masnog tkiva (ASC ili ADSC), koje pokazuju sličnosti s matičnim ćelijama koštane srži, kao što je njihova sposobnost diferencijacije u ćelije više loza.
Heterogena populacija stromalne vaskularne frakcije obuhvata, među ostalim, endotelne ćelije, eritrocite, fibroblaste, limfocite, monocite/makrofage i pericite, kao i značajnu frakciju matičnih ćelija porijeklom iz masnog tkiva.
Šta su stromalne/matične ćelije porijeklom iz masnog tkiva (ASC)?
Stromalne/matične ćelije porijeklom iz masnog tkiva (ASC / ADSC) oslobađaju visoke nivoe bioaktivnih faktora rasta kao što su epidermalni faktor rasta (EGF), vaskularni endotelni faktor rasta (VEGF), bazni fibroblastni faktor rasta (bFGF), keratinocitni faktor rasta (KGF), faktor rasta porijeklom iz trombocita (PDGF), hepatocitni faktor rasta (HGF), transformirajući faktor rasta beta (TGF-β), faktor rasta inzulina (IGF) i neurotrofni faktor porijeklom iz mozga (BDNF). ACS ne oslobađa samo faktore rasta, već i izlučuje citokine, uključujući ligand fms-srodne tirozin kinaze 3 (Flt-3), faktor stimulacije kolonija granulocita (G-CSF), faktor stimulacije kolonija granulocita i makrofaga (GM-CSF), faktor stimulacije kolonija makrofaga (M-CSF), interleukine (IL) kao što su IL-6, IL-7, IL-8, IL-11 i IL-12, faktor inhibicije leukemije (LIF) i faktor nekroze tumora alfa (TNF-α).
Kako se izdvajaju matične ćelije?
Autologne adultne matične ćelije kod ljudi mogu se izdvojiti iz sljedećih izvora:
- Koštana srž, za koju je potrebno izdvajanje prikupljanjem, odnosno bušenjem kosti.
- Masno tkivo (lipidne ćelije), za koje je potrebno izdvajanje liposukcijom.
- Krv, za koju je potrebno izdvajanje aferezom, pri čemu krv davaoca prolazi kroz „dijaliznu“ mašinu u kojoj se matične ćelije izdvajaju, dok se ostale komponente krvi vraćaju davaocu.