Ultrasone stamcelisolatie
- Ultrasone cavitatie is een zeer effectieve mechanische methode om stamcellen te isoleren uit menselijk vetweefsel.
- Ultrasonisch geïsoleerde stromale vasculaire fracties (SVF) hebben een hoog regeneratief potentieel voor medische toepassingen.
- Hielscher Ultrasonics biedt verschillende opties voor directe en indirecte sonicatie voor het oogsten van stamcellen.
Ultrasone isolatie van stamcellen
Uit het menselijk lichaam geëxtraheerd vetweefsel (via liposuctie) wordt behandeld met ultrasoon om het weefsel te ontdoen van de stamcellen en andere groeicellen. Dit afgescheiden deel van de cellen staat bekend als stromale vasculaire fractiecellen (SVF).
De ultrasone isolatietechniek van stamcellen uit vetweefsel is uitsluitend gebaseerd op het werkingsprincipe van de door ultrasone trillingen veroorzaakte cavitatie, wat neerkomt op mechanische afschuiving. De schuifkrachten van de cavitatie verstoren het vetweefsel, zodat de stamcellen vrijkomen uit de structuur van het vetweefsel. De ultrasone stamcelisolatie is een enzymvrije procedure, waarbij het gebruik van collagenase, trypsine of dispase wordt vermeden.
Om de geëxtraheerde stamcellen, mesenchymale stamcellen, endotheelprecursoren en andere typen groeicellen te scheiden, wordt het gesoneerde vetweefsel gecentrifugeerd.
De afgescheiden stamcellen worden verzameld en geanalyseerd op hun kwaliteit, inclusief celtelling, levensvatbaarheid, endotoxine en gramkleuring, voordat ze direct worden gebruikt voor autologe transplantatie of worden bewaard in cryo-opslag.
Waarom enzymen vermijden?
Aangezien enzymatische digestie voor stamcelisolatie gepaard gaat met hoge kosten en mogelijke veiligheidsrisico's en niet effectief is [Oberbauer et al. 2015], wordt de voorkeur gegeven aan niet-enzymatische isolatiemethoden zoals ultrasone cavitatie. De ultrasone isolatiestap vervangt de enzymatische digestie door de cellen en celaggregaten mechanisch van het vetweefsel te scheiden.
GDmini2 bij UP200St-TD-omvormer (200 watt)
- Snel
- Efficiënt
- reproduceerbaar
- Veilig
- Enzymvrij
- Kosteneffectief
- Steriele opties
Stamcellen uit vetweefsel
Stamcelopbrengst
Gepubliceerde SVF-isolatiemethode met ultrasone cavitatie levert 1,67-2,24 × 107 cellen met een levensvatbaarheid van 97,1-98,9% [Victor, S., 2014]. Celopbrengsten van ongeveer 2-4 miljoen cellen/gram vetweefsel werden verkregen door de ultrasone lysis van rijpe adipocyten in gedissocieerd vetweefsel [Bright et al., 2014].
Ultrasoon geprepareerde cellen hebben een even hoog adipogeen en osteogeen differentiatiepotentieel in vergelijking met een standaard enzymatische isolatiemethode [Oberbauer et al. 2015].
Ultrasone systemen voor stamcelisolatie
Om de hoogste veiligheid en de beste kwaliteit te garanderen, is betrouwbare ultrasone apparatuur, die een nauwkeurige controle van de stamcelbehandeling mogelijk maakt, een sleutelfactor voor een succesvolle behandeling van de patiënten. Hielscher Ultrasonics biedt verschillende opties voor een autoloog ultrasoon cavitatiescheidingsproces om stam- en endotheelcellen te isoleren en te oogsten.
Directe sonicatie
Voor het stamcelisolatieproces via directe sonicatie wordt de ultrasone hoorn (sonotrode, ultrasone tip/sonde) in het vetweefsel ondergedompeld. Via de sonotrode worden de ultrasone golven direct in het autologe vet gekoppeld zodat de ultrasone cavitatie de stamcellen en stromale cellen uit het achtergebleven weefsel vrijmaakt. Hielscher ultrasone processoren UP200Ht en UP200St met sonotrode S26d14 zijn veelgebruikte systemen voor de behandeling van autologe stamcellen. De SVF-isolatie door directe sonicatie is meestal geschikt voor gebruik in cleanroomfaciliteiten.
indirecte sonicatie
Aangezien de stamcellen worden gebruikt voor autologe toepassingen, is steriliteit van het proces erg belangrijk. Daarom heeft Hielscher verschillende opties voor indirecte sonicatie ontwikkeld, zoals GDmini2, VialTweeter en andere aangepaste systemen. Bij indirecte sonicatie worden de ultrasone golven via de wandcontainer in het vetweefsel gebracht. De stromale vasculaire fractie (SVF) wordt losgemaakt van het vetweefsel door ultrasone cavitatie, net als bij directe sonicatie.
Het indirecte sonicatieproces biedt het voordeel dat de cellen verwerkt kunnen worden in een gesloten vat onder besmettingsvrije omstandigheden omdat het risico van kruisbesmetting door het inbrengen van de ultrasone hoorn (sonotrode) is geëlimineerd. De celisolatie wordt uitgevoerd in een gesloten systeem dat steriele procesomstandigheden garandeert.
De digitale ultrasoonapparaten van Hielscher kunnen nauwkeurig worden bediend via een touchscreen of browserbesturing. Sonicatieprocedures kunnen vooraf worden ingesteld via het intuïtieve menu. De ultrasoonapparaten zijn uitgerust met een automatische gegevensregistratie (alle sonicatieprocesgegevens worden opgeslagen op een geïntegreerde SD-kaart). Het ultrasone vermogen kan exact worden aangepast aan het celisolatieprotocol.
Literatuur/referenties
- Oberbauer, Eleni; Steffenhagen, Carolin; Wurzer, Christoph; Gabriel, Christian; Redl, Heinz; Wolbank, Susanne (2015): Enzymatische en niet-enzymatische isolatiesystemen voor vetweefselafgeleide cellen: huidige stand van de techniek. Cell Regeneration (2015) 4:7.
Wetenswaardigheden
stamcellen
Stamcellen zijn ongedifferentieerde cellen van een meercellig organisme die het vermogen hebben om oneindig meer cellen van hetzelfde type te produceren. Ze worden gekenmerkt door het opmerkelijke potentieel om zich te ontwikkelen tot veel verschillende celtypen in het lichaam tijdens de vroege levensfase en groei. Het meest onderscheidende kenmerk van stamcellen is hun vermogen om zichzelf te vernieuwen door celdeling en hun vermogen om te veranderen in weefsel- of orgaanspecifieke cellen met speciale functies. Pluripotente stamcellen kunnen zich differentiëren in een van de drie kiemcellen: endoderm (inwendige maagwand, maagdarmkanaal, longen), mesoderm (spieren, botten, bloed, urinewegen) of ectoderm (epidermale weefsels en zenuwstelsel).
In sommige organen, zoals de darmen en het beenmerg, delen stamcellen zich regelmatig om versleten of beschadigde weefsels te repareren en te vervangen. In andere organen, zoals de alvleesklier en het hart, delen stamcellen zich alleen onder speciale omstandigheden.
Mesenchymale stromale stamcellen (MSC), die een groot potentieel bieden voor veelzijdige therapeutische toepassingen in de regeneratieve en estethische geneeskunde, worden voornamelijk gevonden in het beenmerg, maar ze kunnen ook worden geïsoleerd uit andere weefsels (bijv. kraakbeen, vet, spiercellen). Mesenchymale stamcellen worden beschouwd als prototypische volwassen stamcellen die worden gekenmerkt door hun vermogen tot zelfvernieuwing.
Stamcelonderzoek en -behandelingen worden gebruikt om weefsel en organen te kweken voor transplantatiedoeleinden (tissue engineering). Andere medische toepassingsgebieden van stamcellen zijn de behandeling van hersenaandoeningen (bijv. Parkinson en Alzheimer), celdeficiëntietherapie, bloedziekten (bijv. leukemie), gewrichts- en kraakbeendegeneratie (bijv. artrose) en cosmetische behandelingen (bijv. anti-verouderingsbehandelingen). Over het algemeen hebben stamcellen een diameter van ongeveer 15-25 micron.
mesenchymale stamcellen (MSC) zijn multipotente stromale cellen die kunnen differentiëren in verschillende celtypen, waaronder osteoblasten (botcellen), chondrocyten (kraakbeencellen), myocyten (spiercellen) en adipocyten (vetcellen).
Stromale Vasculaire Fractie (SVF)
Stromal Vascular Fraction (SVF) is een bestanddeel van het lipoaspiraat dat via liposuctie kan worden gewonnen uit vetweefsel in het menselijk lichaam. Het lipoaspiraat bestaat uit een heterogeen mengsel van cellen en heeft een hoog gehalte aan stamcellen, bekend als adipose-afgeleide stamcellen (ASC of ADSC), die overeenkomsten vertonen met beenmergstamcellen, zoals hun vermogen om te differentiëren in meerlagige cellen.
De heterogene populatie van SVF omvat onder andere endotheelcellen, erytrocyten, fibroblasten, lymfocyten, monocyten/macrofagen en pericyten, evenals een belangrijke fractie van vetafgeleide stamcellen.
Vetafgeleide stamcellen (ASC)
Uit vetweefsel afkomstige stromale stamcellen (ASC/ADSC) geven hoge niveaus bioactieve groeifactoren af zoals epidermale groeifactor (EGF), vasculaire endotheliale groeifactor (VEGF), basisfibroblastgroeifactor (bFGF), keratinocyte groeifactor (KGF), plateletderived growth factor (PDGF), hepatocyte groeifactor (HGF), transforming growth factor-beta (TGF-β), insuline groeifactor (IGF) en brain-derived neurotrophic factor (BDNF). ACS geeft niet alleen groeifactoren af, ze scheiden ook cytokinen af waaronder fms-gerelateerd tyrosinekinase 3 (Flt-3) ligand, granulocyt-koloniestimulerende factor (G-CSF), granulocyt-macrofaag-koloniestimulerende factor (GM-CSF), macrofaag-koloniestimulerende factor (M-CSF), interleukine (IL) zoals IL-6, IL-7, IL-8, IL-11 en IL-12, leukemieremmende factor (LIF) en tumornecrosefactor-alfa (TNF-α).
Extractie van stamceltypen
Autologe volwassen stamcellen van mensen kunnen uit de volgende bronnen worden gewonnen:
- Beenmerg, dat moet worden gewonnen door het te oogsten, dat wil zeggen in het bot te boren.
- Vetweefsel (vetcellen), dat moet worden verwijderd door liposuctie.
- Bloed, dat moet worden geëxtraheerd door middel van aferese, waarbij het bloed van de donor door een “dialyse” machine waar de stamcellen worden gewonnen terwijl de andere bloedbestanddelen worden teruggegeven aan de donor.