Ultrasone stamcelisolatie
Sonicatie is een zeer efficiënte mechanische methode om stamcellen uit menselijk vetweefsel te isoleren. De ultrasoon geïsoleerde stromale vasculaire fractie (SVF) vertoont een aanzienlijk regeneratief potentieel voor medische toepassingen. Hielscher Ultrasonics biedt verschillende mogelijkheden voor directe en indirecte sonicatie om stamcellen te oogsten. Vind de ideale sonicator voor uw stamcelisolatieproces!
Ultrasone isolatie van stamcellen
Vetweefsel dat via liposuctie uit het menselijk lichaam is gewonnen, wordt ultrasoon behandeld om het weefsel van de stamcellen en andere groeicellen te verwijderen. Deze afgescheiden groep cellen staat bekend als cellen van de stromale vasculaire fractie (SVF).
De ultrasone techniek voor het isoleren van stamcellen uit vetweefsel is uitsluitend gebaseerd op het werkingsprincipe van door ultrasoon geluid opgewekte cavitatie, dat bestaat uit zuiver mechanische afschuiving. Deze door cavitatie veroorzaakte afschuifkrachten verstoren het vetweefsel, zodat de stamcellen uit de structuur van het vetweefsel vrijkomen. Ultrasone stamcelisolatie is een enzymvrije procedure waarbij het gebruik van collagenase, trypsine of dispase wordt vermeden.
Om de gewonnen stamcellen, mesenchymale stamcellen, endotheliale voorlopercellen en andere typen groeicellen te scheiden, wordt het met sonicatie behandelde vetweefsel gecentrifugeerd.
De afgescheiden stamcellen worden verzameld en op kwaliteit onderzocht, onder meer op celaantal, levensvatbaarheid, endotoxine en gramkleuring, voordat ze onmiddellijk voor autologe transplantatie worden gebruikt of cryogeen worden opgeslagen.
Waarom enzymen vermijden?
Omdat de enzymatische afbraak voor stamcelisolatie gepaard gaat met hoge kosten en mogelijke veiligheidsrisico’s, evenals een gebrek aan werkzaamheid [Oberbauer et al. 2015], krijgen niet-enzymatische isolatiemethoden zoals ultrasone cavitatie de voorkeur. De ultrasone isolatiestap vervangt de enzymatische afbraak door de cellen en celaggregaten mechanisch van het vetweefsel te scheiden.
GDmini2 bij de transducer UP200St-TD (200 watt)
- Snel
- Efficiënt
- Reproduceerbaar
- Veilig
- Enzymvrij
- Kosteneffectief
- Steriele opties
Uit vetweefsel afkomstige stamcellen
Stamcelopbrengst verkregen door sonicatie
De gepubliceerde methode voor het isoleren van de stromale vasculaire fractie met behulp van ultrasone cavitatie levert 1,67–2,24 × 107 cellen op met een levensvatbaarheid van 97,1–98,9% [Victor, S., 2014]. Celopbrengsten van ongeveer 2–4 miljoen cellen/gram vetweefsel werden verkregen door ultrasone lysis van rijpe adipocyten in gedissocieerd vetweefsel [Bright et al., 2014].
Ultrasoon geprepareerde cellen hebben een even hoog adipogeen en osteogeen differentiatiepotentieel als cellen die met een standaard enzymatische isolatiemethode zijn verkregen [Oberbauer et al. 2015].
Ultrasone systemen voor stamcelisolatie
Om de hoogste veiligheid en de beste kwaliteit te waarborgen, is betrouwbare ultrasone apparatuur waarmee de stamcelbehandeling nauwkeurig kan worden gecontroleerd een sleutelfactor voor een succesvolle behandeling van patiënten. Hielscher Ultrasonics biedt verschillende mogelijkheden voor een autoloog scheidingsproces met ultrasone cavitatie om stamcellen en endotheliale voorlopercellen te isoleren en te oogsten.
Directe sonicatie voor stamcelisolatie
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 rechtstreeks in het autologe vet gekoppeld, zodat de ultrasone cavitatie de stamcellen en stromale cellen uit het resterende weefsel vrijmaakt. De sonicatoren van Hielscher UP200Ht en UP200St met sonotrode S26d14 zijn veelgebruikte systemen voor autologe stamcelbehandeling. Isolatie van de stromale vasculaire fractie door directe sonicatie is vooral geschikt voor gebruik in cleanroomfaciliteiten.
Indirecte sonicatie voor stamcelisolatie
Omdat de stamcellen voor autologe toepassingen worden gebruikt, is de steriliteit van het proces zeer belangrijk. Daarom heeft Hielscher verschillende mogelijkheden voor indirecte sonicatie ontwikkeld, zoals GDmini2, VialTweeter en andere op maat gemaakte systemen. Bij indirecte sonicatie worden de ultrasone golven door de wand van het vat in het vetweefsel gekoppeld. De stromale vasculaire fractie (SVF) wordt door ultrasone cavitatie van het vetweefsel gescheiden, op dezelfde manier als bij directe sonicatie.
Een proces met indirecte sonicatie biedt het voordeel dat de cellen in een gesloten vat kunnen worden verwerkt onder contaminatievrije omstandigheden omdat het risico op kruiscontaminatie door het inbrengen van de ultrasone hoorn (sonotrode) wordt weggenomen. De celisolatie wordt uitgevoerd in een gesloten systeem dat steriele procesomstandigheden waarborgt.
Lees meer over de steriele sonicatoren van Hielscher!
De digitale sonicatoren van Hielscher kunnen nauwkeurig worden bediend via een aanraakscherm of browserbediening. Sonicatieprocedures kunnen vooraf via het intuïtieve menu worden ingesteld. De ultrasone apparaten zijn uitgerust met automatische gegevensregistratie (alle procesgegevens van de sonicatie worden op een geïntegreerde SD-kaart opgeslagen). Het ingebrachte ultrasone vermogen kan exact op het celisolatieprotocol worden afgestemd.
De sonicator VialTweeter is een steriele homogenisator voor uniforme en snelle steriele monsterpreparatie.
Literatuur/referenties
- 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.
Wetenswaardigheden
Wat zijn stamcellen?
Stamcellen zijn ongedifferentieerde cellen van een meercellig organisme die het vermogen hebben om onbeperkt meer cellen van hetzelfde type te produceren. Ze worden gekenmerkt door het opmerkelijke potentieel om zich tijdens de vroege levens- en groeifase tot veel verschillende celtypen in het lichaam te ontwikkelen. De meest onderscheidende kenmerken van stamcellen zijn hun vermogen om zichzelf door celdeling te vernieuwen en hun vermogen om zich te ontwikkelen tot weefsel- of orgaanspecifieke cellen met bijzondere functies. Pluripotente stamcellen hebben het potentieel om te differentiëren tot elk van de drie kiemcellen: endoderm (binnenste maagbekleding, maag-darmkanaal, longen), mesoderm (spieren, botten, bloed, urogenitaal) of ectoderm (epidermale weefsels en zenuwstelsel).
In sommige organen, zoals de darm en het beenmerg, delen stamcellen zich regelmatig om versleten of beschadigde weefsels te herstellen en te vervangen. In andere organen, zoals de alvleesklier en het hart, delen stamcellen zich alleen onder bijzondere omstandigheden.
Mesenchymale stromale cellen/stamcellen (MSC), die een groot potentieel bieden voor uiteenlopende therapeutische toepassingen in de regeneratieve en esthetische geneeskunde, worden voornamelijk in het beenmerg aangetroffen, maar kunnen ook uit andere weefsels worden geïsoleerd (bijv. kraakbeen, vet, spiercellen). Mesenchymale stamcellen worden beschouwd als prototypische volwassen stamcellen die worden gekenmerkt door hun vermogen tot zelfvernieuwing.
Stamcelonderzoek en stamcelbehandelingen worden gebruikt om weefsel en organen voor transplantatiedoeleinden te kweken (weefselengineering). Andere medische toepassingsgebieden voor stamcellen zijn de behandeling van hersenziekten (bijv. de ziekte van Parkinson en de ziekte van Alzheimer), therapie voor celtekorten, bloedziekten (bijv. leukemie), gewrichts- en kraakbeendegeneratie (bijv. artrose) en cosmetische behandelingen (bijv. behandelingen tegen veroudering). In het algemeen hebben stamcellen een diameter van ongeveer 15–25 micron.
Mesenchymale stamcellen (MSC) zijn multipotente stromale cellen die het vermogen hebben om te differentiëren tot uiteenlopende celtypen, waaronder osteoblasten (botcellen), chondrocyten (kraakbeencellen), myocyten (spiercellen) en adipocyten (vetcellen).
Wat is de stromale vasculaire fractie (SVF)?
De stromale vasculaire fractie (SVF) is een bestanddeel van het lipoaspiraat dat via liposuctie uit vetweefsel in het menselijk lichaam kan worden gewonnen. Het lipoaspiraat bestaat uit een heterogeen mengsel van cellen en heeft een hoog gehalte aan stamcellen, bekend als uit vetweefsel afkomstige stamcellen (ASC of ADSC), die overeenkomsten vertonen met stamcellen uit het beenmerg, zoals hun vermogen om te differentiëren tot cellen van meerdere cellijnen.
De heterogene populatie van de stromale vasculaire fractie omvat onder meer endotheelcellen, erytrocyten, fibroblasten, lymfocyten, monocyten/macrofagen en pericyten, evenals een belangrijke fractie uit vetweefsel afkomstige stamcellen.
Wat zijn uit vetweefsel afkomstige stromale cellen/stamcellen (ASC)?
Uit vetweefsel afkomstige stromale cellen/stamcellen (ASC / ADSC) geven grote hoeveelheden bioactieve groeifactoren af, zoals epidermale groeifactor (EGF), vasculaire endotheliale groeifactor (VEGF), basische fibroblastgroeifactor (bFGF), keratinocytgroeifactor (KGF), van bloedplaatjes afkomstige groeifactor (PDGF), hepatocytgroeifactor (HGF), transformerende groeifactor-bèta (TGF-β), insulinegroeifactor (IGF) en van de hersenen afkomstige neurotrofe factor (BDNF). ACS geven niet alleen groeifactoren af, maar scheiden ook cytokinen uit, waaronder de ligand van fms-gerelateerde tyrosinekinase 3 (Flt-3), granulocytkoloniestimulerende factor (G-CSF), granulocyt-macrofaagkoloniestimulerende factor (GM-CSF), macrofaagkoloniestimulerende factor (M-CSF), interleukinen (IL) zoals IL-6, IL-7, IL-8, IL-11 en IL-12, leukemieremmende factor (LIF) en tumornecrosefactor-alfa (TNF-α).
Hoe worden stamcellen gewonnen?
Autologe volwassen stamcellen van mensen kunnen uit de volgende bronnen worden gewonnen:
- Beenmerg, waarvoor winning door oogsten nodig is, dat wil zeggen door in het bot te boren.
- Vetweefsel (lipidecellen), waarvoor winning via liposuctie nodig is.
- Bloed, waarvoor winning via aferese nodig is, waarbij het bloed van de donor door een “dialyseapparaat” stroomt waarin de stamcellen worden gewonnen, terwijl de overige bloedbestanddelen naar de donor worden teruggevoerd.