超音波による幹細胞の分離
超音波処理は、ヒト脂肪組織から幹細胞を分離するための非常に効率的な機械的方法である。超音波で分離された間質血管画分(SVF)は、医療応用において重要な再生の可能性を示しています。Hielscher Ultrasonicsは、幹細胞採取のための様々な直接・間接超音波処理オプションを提供しています。お客様の幹細胞分離プロセスに最適な超音波処理装置をお探しください!
幹細胞の超音波分離
人体から(脂肪吸引によって)抽出された脂肪組織は、超音波処理によって幹細胞やその他の成長細胞から組織が取り除かれる。この分離された細胞の部分は間質血管画分細胞(SVF)として知られている。
脂肪組織からの幹細胞の超音波分離技術は、純粋に機械的なせん断力である超音波由来のキャビテーションの作動原理のみに基づいている。このキャビテーションによる剪断力によって脂肪組織が破壊され、幹細胞が脂肪組織の構造から遊離される。超音波による幹細胞の分離は酵素を使用しないため、コラゲナーゼ、トリプシン、ディスパーゼの使用を避けることができます。
抽出された幹細胞、間葉系幹細胞、内皮前駆細胞、その他の成長細胞を分離するために、超音波処理した脂肪組織を遠心分離する。
分離された幹細胞は回収され、細胞数、生存率、エンドトキシン、グラム染色などの品質分析が行われた後、直ちに自家移植に使用されるか、凍結保存される。
なぜ酵素を避けるのか?
幹細胞単離のための酵素的消化は、高いコストと安全性のリスクを 伴うだけでなく、有効性に欠ける可能性があるため[Oberbauer et al. 2015]、超音波キャビテーションのような非酵素的単離法が好まれている。超音波分離ステップは、脂肪組織から細胞や細胞凝集塊を機械的に分離することで、酵素的消化に取って代わる。
GDmini2 UP200St-TDトランスデューサー(200W)使用時
- 迅速
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- 酵素フリー
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- 滅菌オプション
ソニアクションで得られる幹細胞収量
超音波キャビテーションを用いた間質血管画分分離法の収量は1.67-2.24×10であった。7 細胞の生存率は97.1~98.9%であった[Victor, S., 2014]。解離脂肪組織中の成熟脂肪細胞の超音波溶解により、約200万~400万細胞/グラム脂肪組織の細胞収量が得られた[Brightら、2014]。
超音波で調製された細胞は、標準的な酵素分離法と比較して、同様に高い脂肪分化能と骨分化能を有する[Oberbauer et al.]
幹細胞分離のための超音波システム
最高の安全性と品質を確保するために、幹細胞治療を正確にコントロールできる信頼性の高い超音波装置は、患者の治療を成功させるための重要な要素です。Hielscher Ultrasonics社は、幹細胞や内皮前駆細胞を分離・採取するための自己超音波キャビテーション分離プロセスの様々なオプションを提供しています。
幹細胞分離のための直接超音波処理
直接超音波処理による幹細胞分離プロセスでは、超音波ホーン(ソノトロード、超音波チップ/プローブ)を脂肪組織内に浸漬する。超音波キャビテーションにより、幹細胞と間質細胞が残存組織から放出される。Hielscher ソニケーター UP200Ht そして UP200St ソノトロードS26d14を用いた自家幹細胞治療システムは、一般的に使用されている。直接超音波処理による間質血管画分の分離は、クリーンルーム施設での使用に適している。
幹細胞分離のための間接的超音波処理
幹細胞は自己幹細胞として使用されるため、プロセスの無菌性は非常に重要である。そこで、Hielscher社は間接的超音波処理法として、以下のようないくつかのオプションを開発した。 GDmini2, バイアルツイーター およびその他のカスタマイズされたシステム。間接超音波処理では、超音波は壁容器を介して脂肪組織に結合される。間質血管画分(SVF)は、直接超音波処理と同様に超音波キャビテーションにより脂肪組織から解離される。
間接的超音波処理プロセスは、以下の条件下で密閉容器内で細胞を処理できる利点がある。 汚染のない条件 超音波ホーン(ソノトロード)の挿入による交差汚染のリスクが排除されるからである。細胞の分離は、無菌のプロセス条件を保証するクローズドシステムで行われます。
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Hielscher デジタルソニケーターは、タッチディスプレイまたはブラウザーコントロールで正確に制御できます。超音波処理手順は、直感的なメニューで事前に設定できます。超音波装置は自動データ記録機能を備えています(すべての超音波処理データは内蔵のSDカードに保存されます)。超音波出力は、細胞分離プロトコルに合わせて正確に調整できます。
文献/参考文献
- 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.
知っておくべき事実
幹細胞とは何か?
幹細胞とは、多細胞生物の未分化細胞のことで、同じ種類の細胞を無限に作り出す能力を持つ。幹細胞は、生命が誕生し成長する初期段階において、体内の様々な種類の細胞に成長する可能性を持っていることが特徴である。幹細胞の最も特徴的な点は、細胞分裂によって自己を更新する能力と、特殊な機能を持つ組織や臓器に特異的な細胞に変化する能力である。多能性幹細胞は、内胚葉(胃の内壁、消化管、肺)、中胚葉(筋肉、骨、血液、泌尿生殖器)、外胚葉(表皮組織、神経系)の3つの生殖細胞のいずれかに分化する可能性を持っている。
腸や骨髄のような臓器では、幹細胞は定期的に分裂し、すり減ったり傷ついたりした組織を修復し、入れ替わる。膵臓や心臓のような他の臓器では、幹細胞は特別な条件下でのみ分裂する。
間葉系間質/幹細胞(MSC)は、再生医療や美容医療における多様な治療応用の高い可能性を提供するもので、主に骨髄に存在するが、他の組織(軟骨、脂肪、筋肉細胞など)からも単離される。間葉系幹細胞は、自己複製能力を特徴とする典型的な成体幹細胞と考えられている。
幹細胞の研究や治療は、移植を目的とした組織や臓器の培養(組織工学)に用いられている。幹細胞が応用される他の医療分野としては、脳疾患(例:パーキンソン病やアルツハイマー病)、細胞欠乏症治療、血液疾患(例:白血病)、関節や軟骨の変性(例:変形性関節症)、さらには美容治療(例:アンチエイジング治療)などが挙げられる。一般的に、幹細胞の直径は約15~25ミクロンである。
間葉系幹細胞 (MSC)は多能性間質細胞であり、骨芽細胞(骨細胞)、軟骨細胞(軟骨細胞)、筋細胞(筋肉細胞)、脂肪細胞(脂肪細胞)など、様々な種類の細胞に分化する能力を持つ。
間質血管画分(SVF)とは何ですか?
間質血管画分(SVF)は、人体の脂肪組織から脂肪吸引によって抽出される脂肪吸引液の成分である。脂肪吸引液は不均一な細胞の混合物から成り、脂肪由来幹細胞(ASCまたはADSC)として知られる幹細胞の含有量が高く、多系統細胞への分化能など骨髄幹細胞との類似性を示す。
間質血管分画の不均一な集団には、内皮細胞、赤血球、線維芽細胞、リンパ球、単球/マクロファージ、周皮細胞などが含まれ、さらに脂肪由来幹細胞の重要な分画も含まれる。
脂肪由来間質/幹細胞(ASC)とは?
脂肪由来間質細胞/幹細胞(ASC/ADSC)は、上皮成長因子(EGF)、血管内皮成長因子(VEGF)、塩基性線維芽細胞成長因子(bFGF)、ケラチノサイト成長因子(KGF)、血小板由来成長因子(PDGF)、肝細胞成長因子(HGF)、トランスフォーミング成長因子β(TGF-β)、インスリン成長因子などの生理活性成長因子を高レベルで放出する、ケラチノサイト成長因子(KGF)、血小板由来成長因子(PDGF)、肝細胞成長因子(HGF)、トランスフォーミング成長因子β(TGF-β)、インスリン成長因子(IGF)、脳由来神経栄養因子(BDNF)などである。ACSは成長因子を放出するだけでなく、fms関連チロシンキナーゼ3(Flt-3)リガンド、顆粒球コロニー刺激因子(G-CSF)、顆粒球マクロファージコロニー刺激因子(GM-CSF)などのサイトカインも分泌する、マクロファージ-コロニー刺激因子(M-CSF)、IL-6、IL-7、IL-8、IL-11、IL-12などのインターロイキン(IL)、白血病抑制因子(LIF)、腫瘍壊死因子α(TNF-α)。
幹細胞はどのようにして抽出されるのか?
ヒトの自家成体幹細胞は、以下の供給源から抽出することができる:
- 骨髄は、採取、つまり骨に穴を開けて取り出す必要がある。
- 脂肪吸引が必要な脂肪組織(脂質細胞)。
- 血液は、アフェレーシスによる抽出が必要である。 “透析” そこで幹細胞が抽出され、他の血液成分はドナーに戻される。


