초음파 줄기세포 분리
초음파 처리는 인체 지방 조직에서 줄기세포를 분리하는 매우 효율적인 기계적 방법입니다. 초음파로 분리한 기질혈관분획(SVF)은 의료 응용에서 상당한 재생 잠재력을 보입니다. Hielscher Ultrasonics는 줄기세포 채취를 위한 다양한 직접 및 간접 초음파 처리 옵션을 제공합니다. 줄기세포 분리 공정에 이상적인 초음파 처리기를 찾아보세요!
초음파를 이용한 줄기세포 분리
인체에서 지방흡입으로 추출한 지방 조직을 초음파로 처리하여 줄기세포와 기타 성장 세포에서 조직을 제거합니다. 이렇게 분리한 세포 분획을 기질혈관분획 세포(SVF)라고 합니다.
지방 조직에서 줄기세포를 분리하는 초음파 기술은 순수한 기계적 전단 작용인 초음파 유래 캐비테이션의 작동 원리에만 기반합니다. 이러한 캐비테이션 전단력은 지방 조직을 파쇄하여 지방 조직 구조에서 줄기세포를 방출시킵니다. 초음파 줄기세포 분리는 콜라게나아제, 트립신 또는 디스파아제를 사용하지 않는 무효소 절차입니다.
추출된 줄기세포, 중간엽 줄기세포, 내피 전구세포 및 기타 성장 세포 유형을 분리하기 위해 초음파 처리한 지방 조직을 원심분리합니다.
분리한 줄기세포를 수집하고 세포 수, 생존율, 내독소 및 그람 염색을 포함한 품질 분석을 수행한 후, 즉시 자가 이식에 사용하거나 동결 보관합니다.
효소를 피하는 이유는 무엇인가요?
줄기세포 분리를 위한 효소 소화는 높은 비용과 잠재적인 안전 위험을 수반하고 효능도 부족하므로 [Oberbauer et al. 2015], 초음파 캐비테이션과 같은 비효소적 분리 방법이 선호됩니다. 초음파 분리 단계는 지방 조직에서 세포와 세포 응집체를 기계적으로 분리함으로써 효소 소화를 대체합니다.
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지방 유래 줄기세포
초음파 처리로 얻은 줄기세포 수율
발표된 초음파 캐비테이션 기반 기질혈관분획 분리 방법으로 얻은 세포 수는 1.67–2.24 × 107 개이며, 생존율은 97.1–98.9%입니다[Victor, S., 2014]. 해리된 지방 조직의 성숙 지방세포를 초음파로 용해하여 지방 조직 그램당 약 2–4백만 개의 세포 수율을 얻었습니다 [Bright et al., 2014].
초음파로 준비한 세포는 표준 효소 분리 방법으로 준비한 세포와 비교하여 지방세포 및 골세포로의 분화 잠재력이 동일하게 높습니다 [Oberbauer et al. 2015].
줄기세포 분리를 위한 초음파 시스템
최고 수준의 안전성과 최상의 품질을 보장하려면 줄기세포 처리를 정밀하게 제어할 수 있는 신뢰성 높은 초음파 장비가 환자의 성공적인 치료를 위한 핵심 요소입니다. Hielscher Ultrasonics는 줄기세포와 내피 전구세포를 분리하고 채취하기 위한 자가 초음파 캐비테이션 분리 공정에 다양한 옵션을 제공합니다.
줄기세포 분리를 위한 직접 초음파 처리
직접 초음파 처리를 통한 줄기세포 분리 공정에서는 초음파 혼(소노트로드, 초음파 팁 / 프로브)을 지방 조직에 담급니다. 소노트로드를 통해 초음파가 자가 지방에 직접 전달되면 초음파 캐비테이션이 잔여 조직에서 줄기세포와 기질세포를 방출시킵니다. Hielscher 초음파 처리기 UP200Ht 및 UP200St는 소노트로드 S26d14와 함께 자가 줄기세포 치료에 일반적으로 사용되는 시스템입니다. 직접 초음파 처리에 의한 기질혈관분획 분리는 주로 클린룸 시설에서 사용하기에 적합합니다.
줄기세포 분리를 위한 간접 초음파 처리
줄기세포는 자가 적용에 사용되므로 공정의 무균성이 매우 중요합니다. 따라서 Hielscher는 다음과 같은 여러 간접 초음파 처리 옵션을 개발했습니다: GDmini2, VialTweeter 및 기타 맞춤형 시스템이 있습니다. 간접 초음파 처리에서는 초음파가 용기 벽을 통해 지방 조직으로 전달됩니다. 직접 초음파 처리와 마찬가지로, 초음파 캐비테이션에 의해 기질혈관분획(SVF)이 지방 조직에서 분리됩니다.
간접 초음파 처리 공정은 밀폐 용기 내에서 오염 없는 조건으로 세포를 처리할 수 있다는 이점이 있습니다. 초음파 혼(소노트로드) 삽입으로 인한 교차 오염 위험이 제거되기 때문입니다. 세포 분리는 무균 공정 조건을 보장하는 밀폐 시스템에서 수행됩니다.
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Hielscher 디지털 초음파 처리기는 터치 디스플레이 또는 브라우저 제어를 통해 정밀하게 제어할 수 있습니다. 직관적인 메뉴를 통해 초음파 처리 절차를 미리 설정할 수 있습니다. 초음파 장치에는 자동 데이터 기록 기능이 탑재되어 있습니다(모든 초음파 처리 공정 데이터는 내장 SD 카드에 저장됩니다). 초음파 출력 투입량은 세포 분리 프로토콜에 맞춰 정확하게 조정할 수 있습니다.
VialTweeter 초음파 처리기는 균일하고 신속한 무균 시료 전처리를 위한 무균 균질기입니다.
문헌/참고문헌
- 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.
알아두면 유용한 정보
줄기세포란 무엇인가요?
줄기세포는 같은 유형의 세포를 무한히 더 생성할 수 있는 다세포 생물의 미분화 세포입니다. 생애 및 성장 초기 단계에 체내의 다양한 세포 유형으로 발달할 수 있는 뛰어난 잠재력을 지닌 것이 특징입니다. 줄기세포의 가장 두드러진 특징은 세포 분열을 통해 스스로를 재생하는 능력과 특수한 기능을 가진 조직 또는 장기 특이적 세포로 변할 수 있는 능력입니다. 만능 줄기세포는 세 가지 배엽 세포인 내배엽(위 내벽, 위장관, 폐), 중배엽(근육, 뼈, 혈액, 비뇨생식계), 외배엽(표피 조직 및 신경계) 중 어느 것으로든 분화할 수 있는 잠재력을 지닙니다.
장과 골수 같은 일부 장기에서는 줄기세포가 주기적으로 분열하여 노화되거나 손상된 조직을 복구하고 대체합니다. 췌장과 심장 같은 다른 장기에서는 줄기세포가 특별한 조건에서만 분열합니다.
재생의학 및 미용의학의 다양한 치료 분야에 활용될 잠재력이 높은 중간엽 기질세포/줄기세포(MSC)는 주로 골수에서 발견되지만, 다른 조직(예: 연골, 지방, 근육 세포)에서도 분리할 수 있습니다. 중간엽 줄기세포는 자가 재생 능력을 특징으로 하는 전형적인 성체 줄기세포로 간주됩니다.
줄기세포 연구 및 치료는 이식 목적으로 조직과 장기를 배양하는 데 사용됩니다(조직공학). 줄기세포가 활용되는 다른 의료 분야로는 뇌 질환(예: 파킨슨병 및 알츠하이머병) 치료, 세포 결핍 치료, 혈액 질환(예: 백혈병) 치료, 관절 및 연골 퇴행(예: 골관절염) 치료뿐 아니라 미용 치료(예: 노화 방지 치료)도 있습니다. 일반적으로 줄기세포의 직경은 약 15–25 마이크로미터입니다.
중간엽 줄기세포 (MSC)는 골아세포(뼈 세포), 연골세포(연골 세포), 근세포(근육 세포), 지방세포(지방 세포)를 포함한 다양한 세포 유형으로 분화할 수 있는 다분화능 기질세포입니다.
기질혈관분획(SVF)이란 무엇인가요?
기질혈관분획(SVF)은 인체의 지방 조직에서 지방흡입을 통해 추출할 수 있는 지방흡입물의 구성 성분입니다. 지방흡입물은 이질적인 세포 혼합물로 이루어져 있으며, 지방 유래 줄기세포(ASC 또는 ADSC)라고 하는 줄기세포를 높은 비율로 함유합니다. 이 세포들은 여러 계통의 세포로 분화할 수 있는 능력 등에서 골수 줄기세포와 유사성을 보입니다.
기질혈관분획의 이질적인 세포 집단에는 내피세포, 적혈구, 섬유아세포, 림프구, 단핵구/대식세포, 혈관주위세포 등이 포함되며, 지방 유래 줄기세포도 중요한 분획을 차지합니다.
지방 유래 기질세포/줄기세포(ASC)란 무엇인가요?
지방 유래 기질세포/줄기세포(ASC / ADSC)는 표피 성장인자(EGF), 혈관 내피 성장인자(VEGF), 염기성 섬유아세포 성장인자(bFGF), 각질형성세포 성장인자(KGF), 혈소판 유래 성장인자(PDGF), 간세포 성장인자(HGF), 형질전환 성장인자 베타(TGF-β), 인슐린 성장인자(IGF), 뇌 유래 신경영양인자(BDNF)와 같은 생리활성 성장인자를 다량 방출합니다. ACS는 성장인자를 방출할 뿐만 아니라 fms 관련 티로신 키나아제 3(Flt-3) 리간드, 과립구 집락자극인자(G-CSF), 과립구 대식세포 집락자극인자(GM-CSF), 대식세포 집락자극인자(M-CSF), IL-6, IL-7, IL-8, IL-11, IL-12와 같은 인터루킨(IL), 백혈병 억제인자(LIF), 종양괴사인자 알파(TNF-α)를 포함한 사이토카인도 분비합니다.
줄기세포는 어떻게 추출하나요?
사람의 자가 성체줄기세포는 다음과 같은 곳에서 추출할 수 있습니다:
- 골수에서는 뼈에 구멍을 뚫어 채취하는 방식으로 추출해야 합니다.
- 지방 조직(지방 세포)에서는 지방흡입으로 추출해야 합니다.
- 혈액에서는 성분채집술로 추출해야 합니다. 이 과정에서 공여자의 혈액은 “투석” 기계를 통과하며, 이 기계에서 줄기세포를 추출하고 나머지 혈액 성분은 공여자에게 되돌려줍니다.