Stammzellisolierung durch Ultraschall

Die Ultraschallbehandlung ist eine hocheffiziente mechanische Methode zur Isolierung von Stammzellen aus menschlichem Fettgewebe. Die mit Ultraschall isolierte stromale vaskuläre Fraktion (SVF) weist ein erhebliches regeneratives Potenzial für medizinische Anwendungen auf. Hielscher Ultrasonics bietet eine Reihe von direkten und indirekten Beschallungsoptionen für die Stammzellgewinnung an. Finden Sie den idealen Sonicator für Ihren Stammzellisolierungsprozess!

Ultraschall-gestützte Stammzellisolierung

Dem menschlichen Körper entnommenes Fettgewebe (durch Fettabsaugung) wird mit Ultraschall behandelt, um Stammzellen und andere Wachstumszellen aus dem Gewebe freizusetzen. Diese separierte Zellfraktion wird stromal-vaskuläre Fraktion (stromal vascular fraction / SVF) genannt.
Die Ultraschalltechnik zur Isolierung von Stammzellen aus Fettgewebe basiert ausschließlich auf dem Funktionsprinzip der durch Ultraschall erzeugten Kavitation, die eine rein mechanische Scherung darstellt. Diese kavitativen Scherkräfte stören das Fettgewebe, so dass die Stammzellen aus der Struktur des Fettgewebes freigesetzt werden. Die Ultraschall-Stammzellisolierung ist ein enzymfreies Verfahren, das den Einsatz von Kollagenase, Trypsin oder Disase vermeidet.
Um die extrahierten Stammzellen, mesenchymale Stammzellen, endotheliale Vorläuferzellen und andere Wachstumszellen abzutrennen, wird Fettgewebe nach der Beschallung zentrifugiert.
Die abgetrennten Stammzellen werden aufgefangen und durch Zellzahl-, Vitalitäts- und Endotoxinbestimmung sowie Gram-Färbung bezüglich ihrer Qualität analysiert, bevor sie anschließend sofort für eine autologe Transplantation verwendet werden oder in flüssigem Stickstoff für eine spätere Verwendung gelagert werden.

Weshalb Enzyme vermeiden?

Da eine enzymatische Stammzellisolierung mit hohen Kosten und möglichen Sicherheitsrisiken behaftet ist sowie teilweise mangelnde Wirksamkeit aufweist [Oberbauer et al. 2015], ist eine nicht-enzymatische Isolierung wie durch Ultraschallkavitation bevorzugt. Der ultraschall-gestützte Stammzellisolierung ersetzt den enzymatischen Zellaufschluss durch die mechanische Trennung der Zellen und Zellaggregate aus dem Fettgewebe.

Aus Fettgewebe isolierte Stammzellen

Stammzellenausbeute durch Soniaction

Die veröffentlichte Methode zur Isolierung der stromalen Gefäßfraktion mittels Ultraschallkavitation ergab 1,67-2,24 × 10⁷ Zellen mit einer Lebensfähigkeit von 97,1-98,9 % [Victor, S., 2014]. Zellausbeuten von etwa 2-4 Millionen Zellen/Gramm Fettgewebe wurden durch die Ultraschalllyse von reifen Fettzellen in dissoziiertem Fettgewebe erzielt [Bright et al., 2014].
Mittels Ultraschall isolierte Stammzellen weisen ein gleich hoch adipogenes und osteogenes Differenzierungspotenzial wie Zellen auf, die mittels eines enzymatischen Standardverfahrens gewonnen wurden [Oberbauer et al. 2015] .

Ultraschall-Systeme für die Stammzellisolierung

Um höchste Sicherheit und beste Qualität zu gewährleisten, ist ein zuverlässige Ultraschallgerät, welches die präzise Kontrolle über die Stammzellisolierung ermöglicht, unerlässlich. Hielscher Ultrasonics bietet verschiedene Geräteoptionen für eine autologe Ultraschallisolierung von Stammzellen und endothelialen Vorläuferzellen.

Direkte Sonikation zur Isolierung von Stammzellen

Bei der Stammzellisolierung durch direkte Beschallung wird das Ultraschallhorn (Sonotrode, Ultraschallspitze / Sonde) in das Fettgewebe eingetaucht. Über die Sonotrode werden die Ultraschallwellen direkt in das Eigenfett eingekoppelt, so dass die Ultraschallkavitation die Stammzellen und Stromazellen aus dem Restgewebe freisetzt. Hielscher Sonikatoren UP200Ht und UP200St mit der Sonotrode S26d14 sind häufig verwendete Systeme für die autologe Stammzellbehandlung. Die Isolierung der stromalen Gefäßfraktion durch direkte Beschallung ist meist für den Einsatz in Reinraumanlagen geeignet.

Indirekte Sonikation zur Isolierung von Stammzellen

Da die Stammzellen für autologe Anwendungen verwendet werden, ist die Sterilität des Prozesses äußerst wichtig. Daher hat Hielscher mehrere Möglichkeiten der indirekte Beschallung entwickelt, z.B. die Ultraschallsysteme GDmini2, VialTweeter sowie weitere kundenspezifische Systeme. Bei der indirekten Beschallung werden die Ultraschallwellen durch die Gefäßwand eines Behälters in das Fettgewebe eingekoppelt. Die stromale vaskuläre Fraktion (SVF) wird dabei ebenso wie bei der direkten Beschallung durch Ultraschallkavitation aus dem Fettgewebe gelöst.
Ein indirekter Beschallungsprozess bietet den Vorteil, dass die Zellen in einem geschlossenen Gefäß unter kontaminationsfrei in einem geschlossenen Gefäß verarbeitet werden, da das Risiko einer Kreuzkontamination durch das Einführen des Ultraschallhorns (Sonotrode) entfällt. Die Zellisolierung erfolgt in einem geschlossenen System unter sterilen Bedingungen.
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Die digitalen Hielscher-Schallgeräte lassen sich über Touch-Display oder Browsersteuerung präzise steuern. Über das intuitive Menü können Beschallungsvorgänge voreingestellt werden. Die Ultraschallgeräte sind mit einer automatischen Datenaufzeichnung ausgestattet (alle Daten des Beschallungsprozesses werden auf einer integrierten SD-Karte gespeichert). Die Leistungsaufnahme des Ultraschalls kann exakt auf das Zellisolationsprotokoll abgestimmt werden.