جداسازی سلول‌های بنیادی با فراصوت
فراصوت‌دهی روشی مکانیکی و بسیار کارآمد برای جداسازی سلول‌های بنیادی از بافت چربی انسان است. بخش عروقی استرومایی (SVF) که با فراصوت جداسازی می‌شود، ظرفیت بازسازی چشمگیری برای کاربردهای پزشکی نشان می‌دهد. Hielscher Ultrasonics طیفی از گزینه‌های فراصوت‌دهی مستقیم و غیرمستقیم را برای برداشت سلول‌های بنیادی ارائه می‌کند. سونیکاتور ایدئال را برای فرایند جداسازی سلول‌های بنیادی خود بیابید!
جداسازی فراصوتی سلول‌های بنیادی
بافت چربی استخراج‌شده از بدن انسان (از طریق لیپوساکشن) تحت فراصوت‌دهی قرار می‌گیرد تا بافت از سلول‌های بنیادی و دیگر سلول‌های دخیل در رشد جدا شود. این بخش جداشده از سلول‌ها با عنوان سلول‌های بخش عروقی استرومایی (SVF) شناخته می‌شود.
تکنیک جداسازی فراصوتی سلول‌های بنیادی از بافت چربی صرفاً بر سازوکار کاویتاسیون ناشی از فراصوت استوار است که ماهیتی کاملاً مبتنی بر برش مکانیکی دارد. این نیروهای برشی ناشی از کاویتاسیون، بافت چربی را تخریب می‌کنند تا سلول‌های بنیادی از ساختار بافت چربی آزاد شوند. جداسازی فراصوتی سلول‌های بنیادی فرایندی بدون آنزیم است که در آن از کلاژناز، تریپسین یا دیسپاز استفاده نمی‌شود.
برای جداسازی سلول‌های بنیادی استخراج‌شده، سلول‌های بنیادی مزانشیمی، پیش‌سازهای اندوتلیالی و دیگر انواع سلول‌های دخیل در رشد، بافت چربی فراصوت‌دهی‌شده سانتریفیوژ می‌شود.
سلول‌های بنیادی جداشده جمع‌آوری می‌شوند و پیش از استفادهٔ فوری برای پیوند اتولوگ یا نگهداری انجمادی، کیفیت آن‌ها از نظر شمار سلول‌ها، زنده‌مانی، اندوتوکسین و رنگ‌آمیزی گرم بررسی می‌شود.
چرا باید از آنزیم‌ها پرهیز کرد؟
از آنجا که هضم آنزیمی برای جداسازی سلول‌های بنیادی با هزینه‌های بالا، خطرات احتمالی ایمنی و نیز فقدان اثربخشی همراه است [Oberbauer et al. 2015]، روش‌های جداسازی غیرآنزیمی مانند کاویتاسیون فراصوتی ترجیح داده می‌شوند. مرحلهٔ جداسازی فراصوتی با جدا کردن مکانیکی سلول‌ها و تجمعات سلولی از بافت چربی، جایگزین هضم آنزیمی می‌شود.
GDmini2 روی مبدل UP200St-TD (200 وات)
- سریع
- کارآمد
- تکرارپذیر
- ایمن
- بدون آنزیم
- مقرون‌به‌صرفه
- گزینه‌های استریل
سلول‌های بنیادی مشتق از بافت چربی
بازده سلول‌های بنیادی حاصل از فراصوت‌دهی
روش منتشرشده برای جداسازی بخش عروقی استرومایی با استفاده از کاویتاسیون فراصوتی، به بازدهی معادل 1٫67–2٫24 × 107 سلول با زنده‌مانی 97٫1–98٫9% می‌انجامد [Victor, S., 2014]. با لیز فراصوتی آدیپوسیت‌های بالغ در بافت چربی تفکیک‌شده، بازدهی حدود 2–4 میلیون سلول به‌ازای هر گرم بافت چربی به دست آمد [Bright et al., 2014].
سلول‌های آماده‌شده با فراصوت، در مقایسه با روش استاندارد جداسازی آنزیمی، از ظرفیت تمایز چربی‌زایی و استخوان‌زایی به همان اندازه بالا برخوردارند [Oberbauer et al. 2015].
سامانه‌های فراصوتی برای جداسازی سلول‌های بنیادی
برای تضمین بالاترین سطح ایمنی و بهترین کیفیت، تجهیزات فراصوتی قابل‌اعتماد که امکان کنترل دقیق تیمار سلول‌های بنیادی را فراهم می‌کنند، عاملی کلیدی در درمان موفق بیماران هستند. Hielscher Ultrasonics گزینه‌های متنوعی برای فرایند جداسازی اتولوگ با کاویتاسیون فراصوتی ارائه می‌کند تا سلول‌های بنیادی و پیش‌ساز اندوتلیالی جداسازی و برداشت شوند.
فراصوت‌دهی مستقیم برای جداسازی سلول‌های بنیادی
در فرایند جداسازی سلول‌های بنیادی با فراصوت‌دهی مستقیم، هورن فراصوتی (سونوتْرود، نوک / پروب فراصوتی) در بافت چربی فرو برده می‌شود. امواج فراصوت از طریق سونوتْرود مستقیماً به چربی اتولوگ منتقل می‌شوند تا کاویتاسیون فراصوتی، سلول‌های بنیادی و سلول‌های استرومایی را از بافت باقی‌مانده آزاد کند. سونیکاتورهای Hielscher UP200Ht و UP200St مجهز به سونوتْرود S26d14 از سامانه‌های رایج برای تیمار سلول‌های بنیادی اتولوگ هستند. جداسازی بخش عروقی استرومایی با فراصوت‌دهی مستقیم، عمدتاً برای استفاده در تأسیسات اتاق تمیز مناسب است.
فراصوت‌دهی غیرمستقیم برای جداسازی سلول‌های بنیادی
از آنجا که سلول‌های بنیادی برای کاربردهای اتولوگ استفاده می‌شوند، استریل بودن فرایند اهمیت بسیار زیادی دارد. ازاین‌رو، Hielscher چندین گزینه برای فراصوت‌دهی غیرمستقیم توسعه داده است، مانند GDmini2, VialTweeter و دیگر سامانه‌های سفارشی. در فراصوت‌دهی غیرمستقیم، امواج فراصوت از میان دیوارهٔ ظرف به بافت چربی منتقل می‌شوند. بخش عروقی استرومایی (SVF)، همانند فراصوت‌دهی مستقیم، با کاویتاسیون فراصوتی از بافت چربی جدا می‌شود.
مزیت فرایند فراصوت‌دهی غیرمستقیم، امکان پردازش سلول‌ها در ظرفی بسته تحت شرایط عاری از آلودگی است، زیرا خطر آلودگی متقاطع ناشی از وارد کردن هورن فراصوتی (سونوتْرود) حذف می‌شود. جداسازی سلول‌ها در سامانه‌ای بسته انجام می‌گیرد که شرایط استریل فرایند را تضمین می‌کند.
دربارهٔ سونیکاتورهای استریل Hielscher بیشتر بخوانید!
سونیکاتورهای دیجیتال Hielscher را می‌توان از طریق نمایشگر لمسی یا کنترل مبتنی بر مرورگر به‌دقت کنترل کرد. مراحل فراصوت‌دهی را می‌توان از طریق منوی کاربرپسند از پیش تنظیم کرد. دستگاه‌های فراصوتی به سامانهٔ ثبت خودکار داده مجهز هستند (تمام داده‌های فرایند فراصوت‌دهی روی یک کارت SD داخلی ذخیره می‌شوند). توان ورودی فراصوت را می‌توان دقیقاً مطابق با پروتکل جداسازی سلول تنظیم کرد.
سونیکاتور VialTweeter یک هموژنایزر استریل برای آماده‌سازی یکنواخت و سریع نمونه‌ها در شرایط استریل است.
منابع / مراجع
- 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.
دانستنی‌های مفید
سلول‌های بنیادی چیستند؟
سلول‌های بنیادی، سلول‌های تمایزنیافتهٔ یک جاندار چندسلولی هستند که توانایی تولید نامحدود سلول‌های بیشتر از همان نوع را دارند. ویژگی این سلول‌ها، ظرفیت چشمگیر آن‌ها برای تبدیل شدن به انواع گوناگون سلول‌های بدن در مراحل آغازین زندگی و رشد است. متمایزترین ویژگی سلول‌های بنیادی، توانایی نوسازی خود از طریق تقسیم سلولی و توانایی تبدیل شدن به سلول‌های اختصاصی بافت یا اندام با عملکردهای ویژه است. سلول‌های بنیادی پرتوان ظرفیت تمایز به هر یک از سه نوع سلول زایا را دارند: اندودرم (پوشش داخلی معده، دستگاه گوارش، ریه‌ها)، مزودرم (عضله، استخوان، خون، دستگاه ادراری‌تناسلی) یا اکتودرم (بافت‌های اپیدرمی و دستگاه عصبی).
در برخی اندام‌ها، مانند روده و مغز استخوان، سلول‌های بنیادی به‌طور منظم تقسیم می‌شوند تا بافت‌های فرسوده یا آسیب‌دیده را ترمیم و جایگزین کنند. در اندام‌های دیگر، مانند لوزالمعده و قلب، سلول‌های بنیادی فقط در شرایط خاص تقسیم می‌شوند.
سلول‌های استرومایی/بنیادی مزانشیمی (MSC)، که ظرفیت بالایی برای کاربردهای درمانی گوناگون در پزشکی بازساختی و زیبایی دارند، عمدتاً در مغز استخوان یافت می‌شوند، اما می‌توان آن‌ها را از بافت‌های دیگر (مانند غضروف، چربی و سلول‌های عضلانی) نیز جداسازی کرد. سلول‌های بنیادی مزانشیمی به‌عنوان نمونهٔ شاخص سلول‌های بنیادی بالغ در نظر گرفته می‌شوند که با ظرفیت خودنوزایی شناخته می‌شوند.
پژوهش‌ها و درمان‌های مبتنی بر سلول‌های بنیادی برای پرورش بافت و اندام با هدف پیوند (مهندسی بافت) به کار می‌روند. از دیگر زمینه‌های پزشکی کاربرد سلول‌های بنیادی می‌توان به درمان بیماری‌های مغزی (مانند پارکینسون و آلزایمر)، درمان کمبود سلولی، بیماری‌های خونی (مانند لوسمی)، تحلیل‌رفتگی مفاصل و غضروف (مانند استئوآرتریت) و نیز درمان‌های زیبایی (مانند درمان‌های ضدپیری) اشاره کرد. به‌طور کلی، قطر سلول‌های بنیادی تقریباً 15–25 میکرون است.
سلول‌های بنیادی مزانشیمی (MSC) سلول‌های استرومایی چندتوانی هستند که توانایی تمایز به انواع مختلف سلول، از جمله استئوبلاست‌ها (سلول‌های استخوانی)، کندروسیت‌ها (سلول‌های غضروفی)، میوسیت‌ها (سلول‌های عضلانی) و آدیپوسیت‌ها (سلول‌های چربی) را دارند.
بخش عروقی استرومایی (SVF) چیست؟
بخش عروقی استرومایی (SVF) جزئی از لیپوآسپیره است که می‌توان آن را از طریق لیپوساکشن از بافت چربی بدن انسان استخراج کرد. لیپوآسپیره از مخلوطی ناهمگن از سلول‌ها تشکیل شده است و مقدار زیادی سلول بنیادی دارد که با عنوان سلول‌های بنیادی مشتق از بافت چربی (ASC یا ADSC) شناخته می‌شوند. این سلول‌ها شباهت‌هایی با سلول‌های بنیادی مغز استخوان دارند، از جمله توانایی تمایز به سلول‌های رده‌های مختلف.
جمعیت ناهمگن بخش عروقی استرومایی، در کنار سایر سلول‌ها، شامل سلول‌های اندوتلیالی، اریتروسیت‌ها، فیبروبلاست‌ها، لنفوسیت‌ها، مونوسیت‌ها/ماکروفاژها و پری‌سیت‌ها و نیز سهم قابل‌توجهی از سلول‌های بنیادی مشتق از بافت چربی است.
سلول‌های استرومایی/بنیادی مشتق از بافت چربی (ASC) چیستند؟
سلول‌های استرومایی/بنیادی مشتق از بافت چربی (ASC / ADSC) مقادیر بالایی از فاکتورهای رشد زیست‌فعال آزاد می‌کنند، از جمله فاکتور رشد اپیدرمی (EGF)، فاکتور رشد اندوتلیال عروقی (VEGF)، فاکتور رشد فیبروبلاستی بازی (bFGF)، فاکتور رشد کراتینوسیت (KGF)، فاکتور رشد مشتق از پلاکت (PDGF)، فاکتور رشد هپاتوسیت (HGF)، فاکتور رشد تغییردهندهٔ بتا (TGF-β)، فاکتور رشد انسولین (IGF) و فاکتور نوروتروفیک مشتق از مغز (BDNF). ACS نه‌تنها فاکتورهای رشد را آزاد می‌کند، بلکه سیتوکین‌هایی را نیز ترشح می‌کند، از جمله لیگاند تیروزین کیناز 3 مرتبط با fms (Flt-3)، فاکتور محرک کلونی گرانولوسیت (G-CSF)، فاکتور محرک کلونی گرانولوسیت–ماکروفاژ (GM-CSF)، فاکتور محرک کلونی ماکروفاژ (M-CSF)، اینترلوکین (IL) مانند IL-6، IL-7، IL-8، IL-11 و IL-12، فاکتور مهارکنندهٔ لوسمی (LIF) و فاکتور نکروز تومور آلفا (TNF-α).
سلول‌های بنیادی چگونه استخراج می‌شوند؟
سلول‌های بنیادی بالغ اتولوگ انسان را می‌توان از منابع زیر استخراج کرد:
- مغز استخوان، که استخراج از آن مستلزم برداشت، یعنی سوراخ کردن استخوان است.
- بافت چربی (سلول‌های لیپیدی)، که استخراج از آن مستلزم لیپوساکشن است.
- خون، که استخراج از آن مستلزم آفرزیس است؛ در این روش، خون اهداکننده از دستگاه «دیالیز» عبور می‌کند و سلول‌های بنیادی در آن استخراج می‌شوند، درحالی‌که سایر اجزای خون به اهداکننده بازگردانده می‌شوند.