Stammzellisolation mittels Ultraschall

Die Beschallung ist eine hocheffiziente mechanische Methode zur Isolation von Stammzellen aus menschlichem Fettgewebe. Die mittels Ultraschall isolierte stromal-vaskuläre Fraktion (SVF) zeigt ein erhebliches regeneratives Potenzial für medizinische Anwendungen. Hielscher Ultrasonics bietet verschiedene Möglichkeiten der direkten und indirekten Beschallung zur Stammzellgewinnung. Finden Sie das ideale Ultraschallgerät für Ihren Prozess zur Stammzellisolation!

Isolation von Stammzellen mittels Ultraschall

Dem menschlichen Körper durch Liposuktion entnommenes Fettgewebe wird mit Ultraschall behandelt, um Stammzellen und andere am Wachstum beteiligte Zellen aus dem Gewebe freizusetzen. Diese abgetrennte Zellfraktion wird als stromal-vaskuläre Fraktion (SVF) bezeichnet.
Die Isolation von Stammzellen aus Fettgewebe mittels Ultraschall beruht ausschließlich auf der rein mechanischen Scherwirkung der ultraschallinduzierten Kavitation. Diese kavitationsbedingten Scherkräfte brechen das Fettgewebe auf, sodass die Stammzellen aus der Fettgewebestruktur freigesetzt werden. Die Stammzellisolation mittels Ultraschall ist ein enzymfreies Verfahren, bei dem auf Kollagenase, Trypsin oder Dispase verzichtet wird.
Zur Abtrennung der extrahierten Stammzellen, mesenchymalen Stammzellen, endothelialen Vorläuferzellen und weiterer am Wachstum beteiligter Zelltypen wird das beschallte Fettgewebe zentrifugiert.
Die abgetrennten Stammzellen werden gesammelt und durch Bestimmung der Zellzahl, Viabilität und Endotoxine sowie durch Gram-Färbung hinsichtlich ihrer Qualität untersucht, bevor sie unmittelbar zur autologen Transplantation verwendet oder kryokonserviert werden.

Warum auf Enzyme verzichten?

Da der enzymatische Aufschluss zur Stammzellisolation mit hohen Kosten, möglichen Sicherheitsrisiken und mangelnder Wirksamkeit verbunden ist [Oberbauer et al. 2015], werden nichtenzymatische Isolationsmethoden wie die Ultraschallkavitation bevorzugt. Der Isolationsschritt mittels Ultraschall ersetzt den enzymatischen Aufschluss, indem er Zellen und Zellaggregate mechanisch vom Fettgewebe trennt.

Aus Fettgewebe gewonnene Stammzellen

Stammzellausbeute durch Beschallung

Ein veröffentlichtes Verfahren zur Isolation der stromal-vaskulären Fraktion mittels Ultraschallkavitation liefert 1,67–2,24 × 10⁷ Zellen mit einer Viabilität von 97,1–98,9% [Victor, S., 2014]. Zellausbeuten von etwa 2–4 Millionen Zellen/Gramm Fettgewebe wurden durch die Ultraschalllyse reifer Adipozyten in dissoziiertem Fettgewebe erzielt [Bright et al., 2014].
Mittels Ultraschall aufbereitete Zellen besitzen ein ebenso hohes adipogenes und osteogenes Differenzierungspotenzial wie Zellen, die mit einem enzymatischen Standardverfahren isoliert wurden [Oberbauer et al. 2015].

Ultraschallsysteme zur Stammzellisolation

Um höchste Sicherheit und beste Qualität zu gewährleisten, sind zuverlässige Ultraschallgeräte, die eine präzise Kontrolle der Stammzellbehandlung ermöglichen, ein entscheidender Faktor für eine erfolgreiche Behandlung der Patienten. Hielscher Ultrasonics bietet verschiedene Möglichkeiten für ein autologes Trennverfahren mittels Ultraschallkavitation zur Isolation und Gewinnung von Stammzellen und endothelialen Vorläuferzellen.

Direkte Beschallung zur Stammzellisolation

Bei der Stammzellisolation durch direkte Beschallung wird das Ultraschallhorn (Sonotrode, Ultraschallspitze) in das Fettgewebe eingetaucht. Über die Sonotrode werden die Ultraschallwellen direkt in das Eigenfett eingekoppelt, sodass die Ultraschallkavitation die Stammzellen und Stromazellen aus dem verbleibenden Gewebe freisetzt. Die Hielscher-Ultraschallgeräte UP200Ht und UP200St mit der Sonotrode S26d14 sind häufig eingesetzte Systeme für die autologe Stammzellbehandlung. Die Isolation der stromal-vaskulären Fraktion durch direkte Beschallung eignet sich vor allem für den Einsatz in Reinraumeinrichtungen.

Indirekte Beschallung zur Stammzellisolation

Da die Stammzellen für autologe Anwendungen verwendet werden, ist die Sterilität des Prozesses sehr wichtig. Deshalb hat Hielscher mehrere Möglichkeiten der indirekten Beschallung entwickelt, darunter GDmini2, VialTweeter und weitere kundenspezifische Systeme. Bei der indirekten Beschallung werden die Ultraschallwellen durch die Gefäßwand in das Fettgewebe eingekoppelt. Die stromal-vaskuläre Fraktion (SVF) wird wie bei der direkten Beschallung durch Ultraschallkavitation vom Fettgewebe abgelöst.
Ein indirekter Beschallungsprozess bietet den Vorteil, die Zellen in einem geschlossenen Gefäß unter kontaminationsfreien Bedingungen zu verarbeiten, da das Risiko einer Kreuzkontamination durch das Einführen des Ultraschallhorns (Sonotrode) entfällt. Die Zellisolation erfolgt in einem geschlossenen System, das sterile Prozessbedingungen gewährleistet.
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Die digitalen Ultraschallgeräte von Hielscher lassen sich über ein Touchdisplay oder per Browser präzise steuern. Beschallungsabläufe können über das intuitive Menü voreingestellt werden. Die Ultraschallgeräte verfügen über eine automatische Datenaufzeichnung (alle Prozessdaten der Beschallung werden auf einer integrierten SD-Karte gespeichert). Der Ultraschallleistungseintrag lässt sich exakt an das Protokoll zur Zellisolation anpassen.