Isolering af stamceller med ultralyd
Sonikering er en særdeles effektiv mekanisk metode til isolering af stamceller fra humant fedtvæv. Den stromale vaskulære fraktion (SVF), der isoleres med ultralyd, udviser et betydeligt regenerativt potentiale til medicinske anvendelser. Hielscher Ultrasonics tilbyder en række muligheder for direkte og indirekte sonikering til høst af stamceller. Find det ideelle sonikeringsapparat til din proces til isolering af stamceller!
Isolering af stamceller med ultralyd
Fedtvæv, der er udtaget fra menneskekroppen (ved fedtsugning), behandles med ultralyd for at fjerne vævet fra stamcellerne og andre celler involveret i vækst. Denne udskilte cellefraktion betegnes som celler fra den stromale vaskulære fraktion (SVF).
Teknikken til isolering af stamceller fra fedtvæv med ultralyd er udelukkende baseret på virkningsprincippet for ultralydsinduceret kavitation, som består af rent mekanisk forskydning. Disse kavitationsbetingede forskydningskræfter nedbryder fedtvævet, så stamcellerne frigøres fra fedtvævets struktur. Isolering af stamceller med ultralyd er en enzymfri procedure, som undgår brugen af kollagenase, trypsin eller dispase.
For at adskille de udvundne stamceller, mesenkymale stamceller, endoteliale forstadieceller og andre celletyper involveret i vækst centrifugeres det sonikerede fedtvæv.
De adskilte stamceller indsamles, og deres kvalitet analyseres, herunder celleantal, levedygtighed, endotoksin og gramfarvning, før de enten anvendes straks til autolog transplantation eller opbevares ved kryolagring.
Hvorfor undgå enzymer?
Da enzymatisk nedbrydning til isolering af stamceller er forbundet med høje omkostninger og mulige sikkerhedsrisici samt manglende effektivitet [Oberbauer et al. 2015], foretrækkes ikke-enzymatiske isoleringsmetoder såsom ultralydskavitation. Isoleringstrinnet med ultralyd erstatter den enzymatiske nedbrydning ved mekanisk at adskille cellerne og celleaggregaterne fra fedtvævet.
GDmini2 ved transduceren UP200St-TD (200 watt)
- Hurtig
- Effektiv
- Reproducerbar
- Sikker
- Enzymfri
- Omkostningseffektiv
- Sterile muligheder
Stamceller fra fedtvæv
Stamcelleudbytte opnået ved sonikering
En publiceret metode til isolering af den stromale vaskulære fraktion ved hjælp af ultralydskavitation giver et udbytte på 1,67–2,24 × 107 celler med en levedygtighed på 97,1–98,9% [Victor, S., 2014]. Celleudbytter på omkring 2–4 millioner celler/gram fedtvæv blev opnået ved ultralydslyse af modne adipocytter i dissocieret fedtvæv [Bright et al., 2014].
Celler, der er præpareret med ultralyd, har et lige så højt adipogent og osteogent differentieringspotentiale som celler fra en standardmetode til enzymatisk isolering [Oberbauer et al. 2015].
Ultralydssystemer til isolering af stamceller
For at sikre den højeste sikkerhed og den bedste kvalitet er pålideligt ultralydsudstyr, som muliggør præcis styring af stamcellebehandlingen, en nøglefaktor for en vellykket behandling af patienterne. Hielscher Ultrasonics tilbyder forskellige muligheder for en autolog separationsproces med ultralydskavitation til isolering og høst af stamceller og endoteliale forstadieceller.
Direkte sonikering til isolering af stamceller
Ved isolering af stamceller med direkte sonikering nedsænkes ultralydshornet (sonotrode, ultralydsspids / sonde) i fedtvævet. Via sonotroden kobles ultralydsbølgerne direkte ind i det autologe fedt, så ultralydskavitationen frigør stamcellerne og stromacellerne fra det resterende væv. Sonikeringsapparaterne fra Hielscher UP200Ht og UP200St med sonotrode S26d14 er almindeligt anvendte systemer til autolog stamcellebehandling. Isolering af den stromale vaskulære fraktion ved direkte sonikering er primært egnet til brug i renrumsfaciliteter.
Indirekte sonikering til isolering af stamceller
Da stamcellerne anvendes til autologe anvendelser, er processens sterilitet meget vigtig. Derfor har Hielscher udviklet flere muligheder for indirekte sonikering såsom GDmini2, VialTweeter og andre kundetilpassede systemer. Ved indirekte sonikering kobles ultralydsbølgerne gennem beholdervæggen ind i fedtvævet. Den stromale vaskulære fraktion (SVF) dissocieres fra fedtvævet ved ultralydskavitation på samme måde som ved direkte sonikering.
En indirekte sonikeringsproces giver den fordel, at cellerne kan behandles i en lukket beholder under kontaminationsfri forhold , da risikoen for krydskontamination ved indføring af ultralydshornet (sonotroden) elimineres. Celleisoleringen udføres i et lukket system, der sikrer sterile procesforhold.
Læs mere om Hielschers sterile sonikeringsapparater!
Hielschers digitale sonikeringsapparater kan styres præcist via touchskærm eller browserstyring. Sonikeringsprocedurer kan forudindstilles via den intuitive menu. Ultralydsapparaterne er udstyret med automatisk dataregistrering (alle procesdata fra sonikeringen lagres på et integreret SD-kort). Den tilførte ultralydseffekt kan tilpasses nøjagtigt til protokollen for celleisolering.
Sonikeringsapparatet VialTweeter er en steril homogenisator til ensartet og hurtig steril prøvepræparering.
Litteratur/Referencer
- 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.
Værd at vide
Hvad er stamceller?
Stamceller er udifferentierede celler i en flercellet organisme, som har evnen til at producere flere celler af samme type i det uendelige. De er kendetegnet ved et bemærkelsesværdigt potentiale til at udvikle sig til mange forskellige celletyper i kroppen i de tidlige stadier af livet og væksten. Stamcellers mest karakteristiske egenskaber er deres evne til at forny sig selv ved celledeling og deres evne til at blive til vævs- eller organspecifikke celler med særlige funktioner. Pluripotente stamceller har potentiale til at differentiere til enhver af de tre kønsceller: endoderm (mavesækkens indvendige slimhinde, mave-tarm-kanal, lunger), mesoderm (muskler, knogler, blod, urogenitalt) eller ektoderm (epidermale væv og nervesystem).
I nogle organer, såsom tarmen og knoglemarven, deler stamceller sig regelmæssigt for at reparere og erstatte nedslidte eller beskadigede væv. I andre organer, såsom bugspytkirtlen og hjertet, deler stamceller sig kun under særlige betingelser.
Mesenkymale stroma-/stamceller (MSC), som har et stort potentiale til mange forskellige terapeutiske anvendelser inden for regenerativ og æstetisk medicin, findes hovedsageligt i knoglemarven, men de kan også isoleres fra andre væv (f.eks. brusk, fedt og muskelceller). Mesenkymale stamceller betragtes som prototypiske voksne stamceller, der er kendetegnet ved deres evne til selvfornyelse.
Stamcelleforskning og stamcellebehandlinger anvendes til at dyrke væv og organer til transplantation (vævsteknologi). Andre medicinske anvendelsesområder for stamceller findes inden for behandling af hjernesygdomme (f.eks. Parkinsons sygdom og Alzheimers sygdom), behandling af cellemangel, blodsygdomme (f.eks. leukæmi), led- og bruskdegeneration (f.eks. artrose) samt kosmetiske behandlinger (f.eks. behandlinger mod aldring). Generelt har stamceller en diameter på ca. 15–25 mikrometer.
Mesenkymale stamceller (MSC) er multipotente stromaceller, som har evnen til at differentiere til en række forskellige celletyper, herunder osteoblaster (knogleceller), chondrocytter (bruskceller), myocytter (muskelceller) og adipocytter (fedtceller).
Hvad er den stromale vaskulære fraktion (SVF)?
Den stromale vaskulære fraktion (SVF) er en bestanddel af lipoaspiratet, som kan udvindes ved fedtsugning fra fedtvæv i menneskekroppen. Lipoaspiratet består af en heterogen blanding af celler og har et højt indhold af stamceller, der betegnes som stamceller fra fedtvæv (ASC eller ADSC). Disse har ligheder med stamceller fra knoglemarven, såsom deres evne til at differentiere til celler af flere cellelinjer.
Den heterogene cellepopulation i den stromale vaskulære fraktion omfatter blandt andet endotelceller, erytrocytter, fibroblaster, lymfocytter, monocytter/ makrofager og pericytter samt en væsentlig fraktion af stamceller fra fedtvæv.
Hvad er stroma-/stamceller fra fedtvæv (ASC)?
Stroma-/stamceller fra fedtvæv (ASC / ADSC) frigiver store mængder bioaktive vækstfaktorer såsom epidermal vækstfaktor (EGF), vaskulær endotelial vækstfaktor (VEGF), basisk fibroblastvækstfaktor (bFGF), keratinocytvækstfaktor (KGF), blodpladeafledt vækstfaktor (PDGF), hepatocytvækstfaktor (HGF), transformerende vækstfaktor-beta (TGF-β), insulinvækstfaktor (IGF) og hjerneafledt neurotrofisk faktor (BDNF). ACS frigiver ikke kun vækstfaktorer, men udskiller også cytokiner, herunder ligand for fms-relateret tyrosinkinase 3 (Flt-3), granulocytkolonistimulerende faktor (G-CSF), granulocyt-makrofagkolonistimulerende faktor (GM-CSF), makrofagkolonistimulerende faktor (M-CSF), interleukiner (IL) såsom IL-6, IL-7, IL-8, IL-11 og IL-12, leukæmihæmmende faktor (LIF) og tumornekrosefaktor-alfa (TNF-α).
Hvordan udvindes stamceller?
Autologe voksne stamceller fra mennesker kan udvindes fra følgende kilder:
- Knoglemarv, som kræver udtagning ved høst, det vil sige ved at bore ind i knoglen.
- Fedtvæv (lipidceller), som kræver udtagning ved fedtsugning.
- Blod, som kræver udtagning ved aferese, hvor blodet fra donoren passerer gennem en “dialyse”-maskine, hvor stamcellerne udtages, mens de øvrige blodkomponenter føres tilbage til donoren.