Isolamento ultrasonico delle cellule staminali
- La cavitazione ultrasonica è un metodo meccanico altamente efficace per isolare le cellule staminali dal tessuto adiposo umano.
- La frazione vascolare stromale (SVF) isolata per via ultrasonica mostra un elevato potenziale rigenerativo per applicazioni mediche.
- Hielscher Ultrasonics offre varie opzioni di sonicazione diretta e indiretta per la raccolta di cellule staminali.
Isolamento ultrasonico delle cellule staminali
Dal corpo umano il tessuto adiposo estratto (tramite liposuzione) viene trattato mediante ultrasuoni per rimuovere il tessuto dalle cellule staminali e da altre cellule di crescita. Questa porzione separata di cellule è nota come cellule della frazione vascolare stromale (SVF).
La tecnica di isolamento ultrasonico delle cellule staminali dal tessuto adiposo si basa esclusivamente sul principio di funzionamento della cavitazione di derivazione ultrasonica, che è il taglio meccanico. Le forze di taglio cavitazionale disturbano il tessuto adiposo, in modo che le cellule staminali vengono rilasciate dalla struttura del tessuto adiposo. L'isolamento ultrasonico delle cellule staminali è una procedura senza enzimi, evitando l'uso di collagenasi, tripsina o dispase.
Per separare le cellule staminali estratte, le cellule staminali mesenchimali, i precursori endoteliali e altri tipi di cellule di crescita, il tessuto adiposo sonicato viene centrifugato.
Le cellule staminali separate vengono raccolte e analizzate per la loro qualità, inclusi conteggio delle cellule, vitalità, endotossine e macchie di grammo, prima di essere utilizzate immediatamente per trapianti autologhi o conservate in crioconservazione.
Perché evitare gli enzimi?
Poiché la digestione enzimatica per l'isolamento delle cellule staminali è accompagnata da costi elevati e possibili rischi per la sicurezza e da una scarsa efficacia [Oberbauer et al. 2015], si preferiscono metodi di isolamento non enzimatico come la cavitazione ultrasonica. La fase di isolamento ad ultrasuoni sostituisce la digestione enzimatica separando meccanicamente le cellule e gli aggregati cellulari dal tessuto adiposo.
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Cellule staminali derivate dall'adiposità
Resa delle cellule staminali
Pubblicato il metodo di isolamento SVF utilizzando ultrasuoni resa di cavitazione in 1,67-2,24 × 107 cellule con una vitalità del 97,1-98,9% [Victor, S., 2014]. Rendimenti cellulari di circa 2-4 milioni di cellule/grammo di tessuto adiposo sono stati ottenuti con la lisi ultrasonica di adipociti maturi in tessuto adiposo dissociato [Bright et al., 2014].
Le cellule preparate ecologicamente possiedono un potenziale di differenziazione adipogenico e osteogenico altrettanto elevato, rispetto ad un metodo standard di isolamento enzimatico [Oberbauer et al. 2015].
Sistemi ad ultrasuoni per l'isolamento delle cellule staminali
Per garantire la massima sicurezza e la migliore qualità, un'apparecchiatura a ultrasuoni affidabile, che consente un controllo preciso del trattamento con cellule staminali, è un fattore chiave per il successo del trattamento dei pazienti. Hielscher Ultrasonics offre varie opzioni per un processo di separazione autologo ad ultrasuoni per isolare e raccogliere cellule staminali ed endoteliali precursore.
Sonicazione diretta
Per il processo di isolamento delle cellule staminali tramite sonicazione diretta, il corno ad ultrasuoni (sonotrodo, punta / sonda ad ultrasuoni) viene immerso nel tessuto adiposo grasso. Attraverso il sonotrodo, le onde ultrasoniche sono accoppiate direttamente nel grasso autologo in modo che la cavitazione ultrasonica rilasci le cellule staminali e le cellule stromali dal tessuto residuo. Processori ad ultrasuoni Hielscher UP200Ht e UP200St con sonotrodo S26d14 sono sistemi comunemente usati per il trattamento con cellule staminali autologhe. L'isolamento SVF mediante sonicazione diretta è adatto soprattutto per l'uso in camere bianche.
sonicazione indiretta
Poiché le cellule staminali sono utilizzate per applicazioni autologhe, la sterilità del processo è molto importante. Pertanto, Hielscher ha sviluppato diverse opzioni di sonicazione indiretta come ad esempio GDmini2, VialTweeter e altri sistemi personalizzati. Per sonicazione indiretta, le onde ultrasoniche sono accoppiate attraverso il contenitore a parete nel tessuto adiposo. La frazione vascolare stromale (SVF) viene dissociata dal tessuto adiposo mediante cavitazione ultrasonica come durante la sonicazione diretta.
Il processo di sonicazione indiretta offre il vantaggio di processare le celle in un recipiente chiuso sotto forma di condizioni prive di contaminazione in quanto viene eliminato il rischio di contaminazione incrociata mediante l'inserimento del corno ad ultrasuoni (sonotrodo). L'isolamento delle cellule viene effettuato in un sistema chiuso che garantisce condizioni di processo sterili.
I dispositivi digitali ad ultrasuoni di Hielscher possono essere controllati con precisione tramite il display touch screen o il controllo del browser. Le procedure di sonicazione possono essere preimpostate tramite il menu intuitivo. Gli apparecchi ad ultrasuoni sono dotati di una registrazione automatica dei dati (tutti i dati del processo di sonicazione sono memorizzati su una scheda SD integrata). L'alimentazione ad ultrasuoni in ingresso può essere esattamente adattata al protocollo di isolamento delle celle.
Letteratura/riferimenti
- Oberbauer, Eleni; Steffenhagen, Carolin; Wurzer, Christoph; Gabriel, Christian; Redl, Heinz; Wolbank, Susanne (2015): Sistemi di isolamento enzimatico e non enzimatico per cellule derivate dal tessuto adiposo: stato dell'arte attuale. Rigenerazione cellulare (2015) 4:7.
Particolarità / Cose da sapere
cellule staminali
Le cellule staminali sono cellule indifferenziate di un organismo multicellulare che hanno la capacità di produrre indefinitamente più cellule dello stesso tipo. Essi sono caratterizzati da un notevole potenziale di sviluppo in molti tipi di cellule diverse nel corpo durante lo stato iniziale della vita e della crescita. La caratteristica più distintiva delle cellule staminali è la loro capacità di rinnovarsi per divisione cellulare e la loro capacità di trasformarsi in cellule specifiche per tessuti o organi con funzioni speciali. Le cellule staminali pluripotenti hanno il potenziale per differenziarsi in una qualsiasi delle tre cellule germinali: endoderma (rivestimento interno dello stomaco, tratto gastrointestinale, polmoni), mesoderma (muscoli, ossa, sangue, urogenitale), o ectoderma (tessuti epidermici e sistema nervoso).
In alcuni organi, come l'intestino e il midollo osseo, le cellule staminali si dividono regolarmente per riparare e sostituire i tessuti usurati o danneggiati. In altri organi, come il pancreas e il cuore, le cellule staminali si dividono solo in condizioni particolari.
Le cellule mesenchimali stromali e staminali (CSM), che offrono un elevato potenziale per molteplici applicazioni terapeutiche nella medicina rigenerativa ed estetica, si trovano principalmente nel midollo osseo, ma possono essere isolate anche da altri tessuti (ad esempio cartilagine, grasso, cellule muscolari). Le cellule staminali mesenchimali sono considerate cellule staminali adulte prototipiche che si caratterizzano per la loro capacità di auto-rinnovamento.
La ricerca e i trattamenti delle cellule staminali sono utilizzati per coltivare tessuti e organi a scopo di trapianto (ingegneria tissutale). Altri campi medici per l'applicazione delle cellule staminali si trovano nel trattamento delle malattie cerebrali (ad es. Parkinson e morbo di Alzheimer), nella terapia della carenza cellulare, nelle malattie del sangue (ad es. leucemia), nella degenerazione delle articolazioni e della cartilagine (ad es. osteoartrite) e nei trattamenti cosmetici (ad es. trattamenti anti-invecchiamento). In generale, le cellule staminali hanno un diametro di circa 15-25 micron.
Cellule staminali mesenchimali (MSC) sono cellule stromali multipotenti, che hanno la capacità di differenziarsi in una varietà di tipi cellulari, tra cui osteoblasti (cellule ossee), condrociti (cellule cartilaginee), miociti (cellule muscolari) e adipociti (cellule grasse).
Frazione vascolare stromale (SVF)
La frazione vascolare stromale (SVF) è un componente del lipoaspirato che può essere estratto tramite liposuzione dal tessuto adiposo del corpo umano. Il lipoaspirato consiste in una miscela eterogenea di cellule e ha un alto contenuto di cellule staminali, note come cellule staminali di derivazione adiposa (ASC o ADSC), che mostrano somiglianze con le cellule staminali del midollo osseo, come la loro capacità di differenziarsi in cellule multilineare.
La popolazione eterogenea di SVF comprende cellule endoteliali, eritrociti, fibroblasti, linfociti, monociti/macrofagi, pericità e pericità tra gli altri, così come una frazione importante di cellule staminali di origine adiposa.
Celle stromali/gambo derivati dall'adiposità (ASC)
Le cellule stromali e staminali derivate da adiposi (ASC / ADSC) rilasciano alti livelli di fattori di crescita bioattivi come il fattore di crescita epidermica (EGF), il fattore di crescita endoteliale vascolare (VEGF), il fattore di crescita dei fibroblasti di base (bFGF), fattore di crescita cheratinociti (KGF), fattore di crescita piastrinico (PDGF), fattore di crescita epatociti (HGF), fattore di crescita trasformante-beta (TGF-β), fattore di crescita insulinica (IGF), e fattore neurotrofico di derivazione cerebrale (BDNF). L'ACS non rilascia solo fattori di crescita, ma anche citochine secernenti, tra cui il ligando tirosin chinasi 3 (Flt-3), il fattore di stimolazione delle colonie di granulociti (G-CSF), il fattore di stimolazione delle colonie di macrofagi di granulociti (GM-CSF), fattore di stimolazione macrofage-colonia (M-CSF), interleuchina (IL) come IL-6, IL-7, IL-8, IL-11 e IL-12, fattore di inibizione della leucemia (LIF) e fattore di necrosi tumorale alfa (TNF-α).
Estrazione dei tipi di cellule staminali
Le cellule staminali adulte autologhe di origine umana possono essere estratte dalle seguenti fonti:
- Il midollo osseo, che richiede l'estrazione mediante raccolta, cioè la perforazione in osso.
- Tessuto adiposo (cellule lipidiche), che richiede l'estrazione tramite liposuzione.
- Sangue, che richiede l'estrazione attraverso l'aferesi, in cui il sangue del donatore passa attraverso un'aferesi. “dialitico” dove le cellule staminali vengono estratte mentre gli altri componenti del sangue vengono restituiti al donatore.