Kantasolujen eristäminen ultraäänellä
Ultraäänikäsittely on erittäin tehokas mekaaninen menetelmä kantasolujen eristämiseen ihmisen rasvakudoksesta. Ultraäänellä eristetyllä strooman vaskulaarisella fraktiolla (SVF) on merkittävä regeneratiivinen potentiaali lääketieteellisissä sovelluksissa. Hielscher Ultrasonics tarjoaa erilaisia suoran ja epäsuoran ultraäänikäsittelyn vaihtoehtoja kantasolujen keräämiseen. Löydä ihanteellinen ultraäänilaite kantasolujen eristysprosessiisi!
Kantasolujen eristäminen ultraäänellä
Ihmiskehosta rasvaimulla poistettua rasvakudosta käsitellään ultraäänellä kudoksen poistamiseksi kantasolujen ja muiden kasvuun osallistuvien solujen ympäriltä. Tätä erotettua solufraktiota kutsutaan strooman vaskulaarisen fraktion soluiksi (SVF).
Kantasolujen eristäminen rasvakudoksesta ultraäänellä perustuu yksinomaan ultraäänen aikaansaaman kavitaation toimintaperiaatteeseen, joka on puhtaasti mekaanista leikkausta. Nämä kavitaation aiheuttamat leikkausvoimat hajottavat rasvakudoksen, jolloin kantasolut vapautuvat rasvakudoksen rakenteesta. Kantasolujen eristäminen ultraäänellä on entsyymitön menetelmä, jossa vältetään kollagenaasin, trypsiinin ja dispaasin käyttöä.
Ultraäänikäsitelty rasvakudos sentrifugoidaan eristettyjen kantasolujen, mesenkymaalisten kantasolujen, endoteelin esiasteiden ja muiden kasvuun osallistuvien solutyyppien erottamiseksi.
Erotetut kantasolut kerätään ja niiden laatu analysoidaan solumäärän, elinkykyisyyden, endotoksiinin ja Gram-värjäyksen osalta ennen niiden välitöntä käyttöä autologiseen siirtoon tai säilyttämistä kryovarastossa.
Miksi entsyymejä tulisi välttää?
Koska kantasolujen eristämiseen käytettävään entsymaattiseen hajotukseen liittyy suuria kustannuksia ja mahdollisia turvallisuusriskejä sekä puutteellista tehoa [Oberbauer et al. 2015], suositaan entsyymittömiä eristysmenetelmiä, kuten ultraäänikavitaatiota. Ultraäänellä tehtävä eristysvaihe korvaa entsymaattisen hajotuksen erottamalla solut ja solurykelmät mekaanisesti rasvakudoksesta.
GDmini2 liitettynä muuntimeen UP200St-TD (200 wattia)
- Nopea
- Tehokas
- Toistettava
- Turvallinen
- Entsyymitön
- Kustannustehokas
- Steriilit vaihtoehdot
Rasvakudosperäiset kantasolut
Ultraäänikäsittelyllä saatu kantasolusaanto
Julkaistu ultraäänikavitaatioon perustuva strooman vaskulaarisen fraktion eristysmenetelmä tuottaa 1,67–2,24 × 107 solua, joiden elinkykyisyys on 97,1–98,9 % [Victor, S., 2014]. Noin 2–4 miljoonan solun saanto rasvakudosgrammaa kohden saatiin hajottamalla kypsiä adiposyyttejä ultraäänellä dissosioidussa rasvakudoksessa [Bright et al., 2014].
Ultraäänellä valmisteltujen solujen adipogeeninen ja osteogeeninen erilaistumispotentiaali on yhtä suuri kuin tavanomaisella entsymaattisella eristysmenetelmällä valmisteltujen solujen [Oberbauer et al. 2015].
Ultraäänijärjestelmät kantasolujen eristämiseen
Parhaan mahdollisen turvallisuuden ja laadun varmistamiseksi luotettavat ultraäänilaitteet, jotka mahdollistavat kantasolujen käsittelyn tarkan hallinnan, ovat keskeinen tekijä potilaiden onnistuneessa hoidossa. Hielscher Ultrasonics tarjoaa erilaisia vaihtoehtoja autologiseen ultraäänikavitaatioon perustuvaan erotusprosessiin kantasolujen ja endoteelin esiastesolujen eristämiseksi ja keräämiseksi.
Suora ultraäänikäsittely kantasolujen eristämiseen
Kun kantasoluja eristetään suoralla ultraäänikäsittelyllä, ultraäänitorvi (sonotrodi, ultraäänikärki / -anturi) upotetaan rasvakudokseen. Sonotrodin kautta ultraääniaallot kytketään suoraan autologiseen rasvaan, jolloin ultraäänikavitaatio vapauttaa kantasolut ja stroomasolut jäljelle jäävästä kudoksesta. Hielscherin ultraäänilaitteet UP200Ht ja UP200St S26d14-sonotrodilla varustettuina ovat yleisesti käytettyjä järjestelmiä autologiseen kantasolujen käsittelyyn. Strooman vaskulaarisen fraktion eristäminen suoralla ultraäänikäsittelyllä soveltuu pääasiassa puhdastiloissa käytettäväksi.
Epäsuora ultraäänikäsittely kantasolujen eristämiseen
Koska kantasoluja käytetään autologisissa sovelluksissa, prosessin steriiliys on erittäin tärkeää. Siksi Hielscher on kehittänyt useita epäsuoran ultraäänikäsittelyn vaihtoehtoja, kuten GDmini2, VialTweeter ja muita räätälöityjä järjestelmiä. Epäsuorassa ultraäänikäsittelyssä ultraääniaallot kytketään astian seinämän läpi rasvakudokseen. Strooman vaskulaarinen fraktio (SVF) erotetaan rasvakudoksesta ultraäänikavitaatiolla samalla tavoin kuin suorassa ultraäänikäsittelyssä.
Epäsuoran ultraäänikäsittelyn etuna on mahdollisuus käsitellä soluja suljetussa astiassa kontaminaatiottomissa olosuhteissa , sillä ultraäänitorven (sonotrodin) sisään viemisestä aiheutuva ristikontaminaation riski poistuu. Solujen eristäminen tehdään suljetussa järjestelmässä, joka varmistaa steriilit prosessiolosuhteet.
Lue lisää Hielscherin steriileistä ultraäänilaitteista!
Hielscherin digitaalisia ultraäänilaitteita voidaan ohjata tarkasti kosketusnäytön tai selainohjauksen avulla. Ultraäänikäsittelymenettelyt voidaan määrittää etukäteen intuitiivisen valikon kautta. Ultraäänilaitteissa on automaattinen tiedontallennus (kaikki ultraäänikäsittelyprosessin tiedot tallennetaan integroituun SD-korttiin). Syötettävä ultraääniteho voidaan säätää täsmällisesti solujen eristysprotokollan mukaiseksi.
Ultraäänilaite VialTweeter on steriili homogenisaattori tasalaatuiseen ja nopeaan steriiliin näytteiden valmisteluun.
Kirjallisuus/Viitteet
- 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.
Hyödyllistä tietoa
Mitä kantasolut ovat?
Kantasolut ovat monisoluisen eliön erilaistumattomia soluja, jotka kykenevät tuottamaan rajattomasti lisää samantyyppisiä soluja. Niille on ominaista huomattava potentiaali kehittyä moniksi erilaisiksi kehon solutyypeiksi elämän ja kasvun varhaisvaiheessa. Kantasolujen tunnusomaisimpia piirteitä ovat niiden kyky uusiutua solunjakautumisen avulla sekä niiden kyky muuttua kudos- tai elinspesifisiksi soluiksi, joilla on erityisiä tehtäviä. Pluripotentit kantasolut voivat erilaistua miksi tahansa kolmesta sukusolusta: endodermiksi (mahalaukun sisäpinnan limakalvo, ruoansulatuskanava, keuhkot), mesodermiksi (lihas, luu, veri, virtsa- ja sukupuolielimet) tai ektodermiksi (ihon pintakudokset ja hermosto).
Joissakin elimissä, kuten suolistossa ja luuytimessä, kantasolut jakautuvat säännöllisesti korjatakseen ja korvatakseen kuluneita tai vaurioituneita kudoksia. Muissa elimissä, kuten haimassa ja sydämessä, kantasolut jakautuvat vain erityisissä olosuhteissa.
Mesenkymaalisia strooma-/kantasoluja (MSC), joilla on suuri potentiaali monenlaisiin terapeuttisiin sovelluksiin regeneratiivisessa ja esteettisessä lääketieteessä, esiintyy pääasiassa luuytimessä, mutta niitä voidaan eristää myös muista kudoksista (esim. rustosta, rasvasta ja lihassoluista). Mesenkymaalisia kantasoluja pidetään tyypillisinä aikuisen kantasoluina, joille on ominaista kyky uusiutua.
Kantasolututkimusta ja kantasoluhoitoja käytetään kudosten ja elinten kasvattamiseen siirtotarkoituksiin (kudosteknologia). Muita kantasolujen lääketieteellisiä käyttöalueita ovat aivosairauksien (esim. Parkinsonin ja Alzheimerin taudin) hoito, solupuutosten hoito, verisairauksien (esim. leukemian) hoito, nivelten ja ruston rappeutumisen (esim. nivelrikon) hoito sekä kosmeettiset hoidot (esim. ikääntymistä ehkäisevät hoidot). Kantasolujen halkaisija on yleensä noin 15–25 mikrometriä.
Mesenkymaaliset kantasolut (MSC) ovat multipotentteja stroomasoluja, jotka kykenevät erilaistumaan useiksi solutyypeiksi, kuten osteoblasteiksi (luusoluiksi), kondrosyyteiksi (rustosoluiksi), myosyyteiksi (lihassoluiksi) ja adiposyyteiksi (rasvasoluiksi).
Mikä on strooman vaskulaarinen fraktio (SVF)?
Strooman vaskulaarinen fraktio (SVF) on lipoaspiraatin osa, joka voidaan eristää rasvaimulla ihmiskehon rasvakudoksesta. Lipoaspiraatti koostuu heterogeenisestä soluseoksesta ja sisältää runsaasti kantasoluja, joita kutsutaan rasvakudosperäisiksi kantasoluiksi (ASC tai ADSC). Niillä on luuytimen kantasolujen kanssa yhteisiä piirteitä, kuten kyky erilaistua eri solulinjojen soluiksi.
Strooman vaskulaarisen fraktion heterogeeninen solupopulaatio sisältää muun muassa endoteelisoluja, erytrosyyttejä, fibroblasteja, lymfosyyttejä, monosyyttejä/makrofageja ja perisyyttejä sekä merkittävän osuuden rasvakudosperäisiä kantasoluja.
Mitä rasvakudosperäiset strooma-/kantasolut (ASC) ovat?
Rasvakudosperäiset strooma-/kantasolut (ASC / ADSC) vapauttavat suuria määriä bioaktiivisia kasvutekijöitä, kuten epidermaalista kasvutekijää (EGF), verisuonten endoteelikasvutekijää (VEGF), emäksistä fibroblastikasvutekijää (bFGF), keratinosyyttikasvutekijää (KGF), verihiutaleperäistä kasvutekijää (PDGF), hepatosyyttikasvutekijää (HGF), transformoivaa kasvutekijä beetaa (TGF-β), insuliinikasvutekijää (IGF) ja aivoperäistä neurotrofista tekijää (BDNF). ACS ei ainoastaan vapauta kasvutekijöitä, vaan nämä solut erittävät myös sytokiineja, kuten fms-sukuisen tyrosiinikinaasi 3:n (Flt-3) ligandia, granulosyyttipesäkkeitä stimuloivaa tekijää (G-CSF), granulosyytti-makrofagipesäkkeitä stimuloivaa tekijää (GM-CSF), makrofagipesäkkeitä stimuloivaa tekijää (M-CSF), interleukiineja (IL), kuten IL-6, IL-7, IL-8, IL-11 ja IL-12, leukemiaa estävää tekijää (LIF) ja tuumorinekroositekijä alfaa (TNF-α).
Miten kantasoluja eristetään?
Ihmisen autologisia aikuisen kantasoluja voidaan eristää seuraavista lähteistä:
- Luuydin, josta solut on kerättävä poraamalla luuhun.
- Rasvakudos (rasvasolut), josta solut on eristettävä rasvaimulla.
- Veri, josta solut on eristettävä afereesilla. Siinä luovuttajan veri kulkee ”dialyysi”-laitteen läpi, jossa kantasolut erotetaan samalla kun muut veren osat palautetaan luovuttajalle.