Isolement de cellules souches par ultrasons
La sonication est une méthode mécanique très efficace pour isoler les cellules souches du tissu adipeux humain. La fraction stromale vasculaire (SVF) isolée par ultrasons présente un potentiel régénératif important pour les applications médicales. Hielscher Ultrasonics propose différentes options de sonication directe et indirecte pour le prélèvement de cellules souches. Trouvez le sonicateur idéal pour votre procédé d’isolement de cellules souches !
Isolement de cellules souches par ultrasons
Le tissu adipeux prélevé dans le corps humain (par liposuccion) est traité par ultrasons pour séparer le tissu des cellules souches et des autres cellules de croissance. Cette population cellulaire séparée est connue sous le nom de cellules de la fraction stromale vasculaire (SVF).
La technique d’isolement par ultrasons des cellules souches à partir du tissu adipeux repose uniquement sur le principe de la cavitation induite par les ultrasons, qui produit un cisaillement purement mécanique. Ces forces de cisaillement dues à la cavitation désagrègent le tissu adipeux, libérant ainsi les cellules souches de la structure du tissu graisseux. L’isolement des cellules souches par ultrasons est une procédure sans enzymes, qui évite l’utilisation de collagénase, de trypsine ou de dispase.
Pour séparer les cellules souches extraites, les cellules souches mésenchymateuses, les précurseurs endothéliaux et les autres types de cellules de croissance, le tissu adipeux soumis à la sonication est centrifugé.
Les cellules souches séparées sont recueillies et leur qualité est analysée, notamment par numération cellulaire, évaluation de la viabilité, recherche d’endotoxines et coloration de Gram, avant d’être utilisées immédiatement pour une transplantation autologue ou conservées par cryoconservation.
Pourquoi éviter les enzymes ?
La digestion enzymatique utilisée pour l’isolement des cellules souches s’accompagne de coûts élevés, de risques potentiels pour la sécurité et d’un manque d’efficacité [Oberbauer et al. 2015]. Les méthodes d’isolement non enzymatiques, telles que la cavitation ultrasonore, sont donc privilégiées. L’étape d’isolement par ultrasons remplace la digestion enzymatique en séparant mécaniquement les cellules et les agrégats cellulaires du tissu adipeux.
GDmini2 associé au transducteur UP200St-TD (200 watts)
- Rapide
- Efficace
- Reproductible
- Sûre
- Sans enzymes
- Économique
- Options stériles
Cellules souches dérivées du tissu adipeux
Rendement en cellules souches obtenu par sonication
La méthode publiée d’isolement de la fraction stromale vasculaire par cavitation ultrasonore permet d’obtenir 1,67–2,24 × 107 cellules avec une viabilité de 97,1–98,9% [Victor, S., 2014]. Des rendements cellulaires d’environ 2–4 millions de cellules/gramme de tissu adipeux ont été obtenus par lyse ultrasonore des adipocytes matures dans du tissu adipeux dissocié [Bright et al., 2014].
Les cellules préparées par ultrasons présentent un potentiel de différenciation adipogénique et ostéogénique aussi élevé que celui obtenu avec une méthode d’isolement enzymatique standard [Oberbauer et al. 2015].
Systèmes à ultrasons pour l’isolement de cellules souches
Pour garantir une sécurité maximale et une qualité optimale, un équipement à ultrasons fiable permettant un contrôle précis du traitement des cellules souches est un facteur essentiel à la réussite du traitement des patients. Hielscher Ultrasonics propose différentes options pour un procédé de séparation autologue par cavitation ultrasonore destiné à isoler et à recueillir les cellules souches et les cellules précurseurs endothéliales.
Sonication directe pour l’isolement de cellules souches
Pour l’isolement des cellules souches par sonication directe, la sonotrode (embout / sonde à ultrasons) est immergée dans le tissu adipeux. Les ondes ultrasonores sont couplées directement dans la graisse autologue par l’intermédiaire de la sonotrode, de sorte que la cavitation ultrasonore libère les cellules souches et les cellules stromales du tissu résiduel. Les sonicateurs Hielscher UP200Ht et UP200St équipés de la sonotrode S26d14 sont des systèmes couramment utilisés pour le traitement des cellules souches autologues. L’isolement de la fraction stromale vasculaire par sonication directe convient principalement à une utilisation en salle blanche.
Sonication indirecte pour l’isolement de cellules souches
Les cellules souches étant utilisées pour des applications autologues, la stérilité du procédé est très importante. Hielscher a donc développé plusieurs options de sonication indirecte, telles que GDmini2, VialTweeter et d’autres systèmes sur mesure. Lors de la sonication indirecte, les ondes ultrasonores sont couplées dans le tissu adipeux à travers la paroi du récipient. La fraction stromale vasculaire (SVF) est dissociée du tissu adipeux par cavitation ultrasonore, comme lors de la sonication directe.
Un procédé de sonication indirecte offre l’avantage de traiter les cellules dans un récipient fermé dans des conditions exemptes de contamination puisque le risque de contamination croisée lié à l’introduction de la sonotrode est éliminé. L’isolement des cellules est réalisé dans un système fermé garantissant des conditions de traitement stériles.
En savoir plus sur les sonicateurs Hielscher pour les procédés stériles !
Les sonicateurs numériques Hielscher peuvent être pilotés avec précision via un écran tactile ou un navigateur. Les procédures de sonication peuvent être prédéfinies à l’aide du menu intuitif. Les appareils à ultrasons sont équipés d’un système d’enregistrement automatique des données (toutes les données du procédé de sonication sont stockées sur une carte SD intégrée). La puissance ultrasonore appliquée peut être ajustée avec précision au protocole d’isolement cellulaire.
Le sonicateur VialTweeter est un homogénéisateur stérile destiné à une préparation stérile, homogène et rapide des échantillons.
Bibliographie/Références
- 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.
Informations utiles
Qu’est-ce qu’une cellule souche ?
Les cellules souches sont des cellules indifférenciées d’un organisme multicellulaire qui ont la capacité de produire indéfiniment davantage de cellules du même type. Elles se caractérisent par leur remarquable potentiel à se développer en de nombreux types cellulaires différents dans l’organisme aux premiers stades de la vie et de la croissance. Les caractéristiques les plus distinctives des cellules souches sont leur capacité à se renouveler par division cellulaire et leur capacité à se transformer en cellules spécifiques d’un tissu ou d’un organe, dotées de fonctions particulières. Les cellules souches pluripotentes ont le potentiel de se différencier en n’importe lequel des trois types de cellules germinales : endoderme (revêtement intérieur de l’estomac, tractus gastro-intestinal, poumons), mésoderme (muscle, os, sang, structures urogénitales) ou ectoderme (tissus épidermiques et système nerveux).
Dans certains organes, tels que l’intestin et la moelle osseuse, les cellules souches se divisent régulièrement pour réparer et remplacer les tissus usés ou endommagés. Dans d’autres organes, tels que le pancréas et le cœur, elles ne se divisent que dans des conditions particulières.
Les cellules stromales/souches mésenchymateuses (MSC), qui présentent un potentiel élevé pour de multiples applications thérapeutiques en médecine régénérative et esthétique, se trouvent principalement dans la moelle osseuse, mais peuvent également être isolées à partir d’autres tissus (par exemple le cartilage, la graisse et les cellules musculaires). Les cellules souches mésenchymateuses sont considérées comme des cellules souches adultes prototypiques, caractérisées par leur capacité d’autorenouvellement.
La recherche et les traitements utilisant les cellules souches servent à cultiver des tissus et des organes à des fins de transplantation (ingénierie tissulaire). D’autres domaines médicaux d’application des cellules souches comprennent le traitement des maladies cérébrales (par exemple les maladies de Parkinson et d’Alzheimer), les thérapies des déficits cellulaires, les maladies du sang (par exemple la leucémie), la dégénérescence des articulations et du cartilage (par exemple l’arthrose), ainsi que les traitements esthétiques (par exemple les traitements anti-âge). En général, les cellules souches ont un diamètre d’environ 15–25 microns.
Les cellules souches mésenchymateuses (MSC) sont des cellules stromales multipotentes qui ont la capacité de se différencier en divers types cellulaires, notamment les ostéoblastes (cellules osseuses), les chondrocytes (cellules cartilagineuses), les myocytes (cellules musculaires) et les adipocytes (cellules graisseuses).
Qu’est-ce que la fraction stromale vasculaire (SVF) ?
La fraction stromale vasculaire (SVF) est un composant du lipoaspirat, qui peut être prélevé par liposuccion dans le tissu adipeux du corps humain. Le lipoaspirat consiste en un mélange hétérogène de cellules et présente une forte teneur en cellules souches, appelées cellules souches dérivées du tissu adipeux (ASC ou ADSC), qui présentent des similitudes avec les cellules souches de la moelle osseuse, notamment leur capacité à se différencier en cellules de plusieurs lignées.
La population hétérogène de la fraction stromale vasculaire comprend notamment des cellules endothéliales, des érythrocytes, des fibroblastes, des lymphocytes, des monocytes/macrophages et des péricytes, ainsi qu’une proportion importante de cellules souches dérivées du tissu adipeux.
Qu’est-ce que les cellules stromales/souches dérivées du tissu adipeux (ASC) ?
Les cellules stromales/souches dérivées du tissu adipeux (ASC / ADSC) libèrent de grandes quantités de facteurs de croissance bioactifs, tels que le facteur de croissance épidermique (EGF), le facteur de croissance de l’endothélium vasculaire (VEGF), le facteur de croissance basique des fibroblastes (bFGF), le facteur de croissance des kératinocytes (KGF), le facteur de croissance dérivé des plaquettes (PDGF), le facteur de croissance des hépatocytes (HGF), le facteur de croissance transformant bêta (TGF-β), le facteur de croissance de l’insuline (IGF) et le facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF). Les ACS ne libèrent pas seulement des facteurs de croissance ; elles sécrètent également des cytokines, notamment le ligand de la tyrosine kinase 3 apparentée à fms (Flt-3), le facteur stimulant les colonies de granulocytes (G-CSF), le facteur stimulant les colonies de granulocytes et de macrophages (GM-CSF), le facteur stimulant les colonies de macrophages (M-CSF), des interleukines (IL) telles que IL-6, IL-7, IL-8, IL-11 et IL-12, le facteur inhibiteur de la leucémie (LIF) et le facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-α).
Comment les cellules souches sont-elles extraites ?
Les cellules souches adultes autologues humaines peuvent être extraites des sources suivantes :
- La moelle osseuse, qui nécessite un prélèvement consistant à percer l’os.
- Le tissu adipeux (cellules lipidiques), qui nécessite une extraction par liposuccion.
- Le sang, qui nécessite une extraction par aphérèse : le sang du donneur passe dans une machine de « dialyse », où les cellules souches sont extraites tandis que les autres composants sanguins sont restitués au donneur.