Ultradźwiękowa izolacja komórek macierzystych
Sonikacja jest wysoce skuteczną mechaniczną metodą izolacji komórek macierzystych z ludzkiej tkanki tłuszczowej. Wyizolowana ultradźwiękowo stromalna frakcja naczyniowa (SVF) wykazuje znaczny potencjał regeneracyjny do zastosowań medycznych. Hielscher Ultrasonics oferuje szereg bezpośrednich i pośrednich opcji sonikacji do pozyskiwania komórek macierzystych. Znajdź idealny sonikator do procesu izolacji komórek macierzystych!
Ultradźwiękowa izolacja komórek macierzystych
Tkanka tłuszczowa pobrana z ludzkiego ciała (za pomocą liposukcji) jest poddawana działaniu ultradźwięków w celu usunięcia z niej komórek macierzystych i innych komórek wzrostu. Ta oddzielona część komórek znana jest jako stromalne komórki frakcji naczyniowej (SVF).
Ultradźwiękowa technika izolacji komórek macierzystych z tkanki tłuszczowej opiera się wyłącznie na zasadzie działania kawitacji ultradźwiękowej, która jest czysto mechanicznym ścinaniem. Te kawitacyjne siły ścinające rozbijają tkankę tłuszczową, dzięki czemu komórki macierzyste są uwalniane ze struktury tkanki tłuszczowej. Ultradźwiękowa izolacja komórek macierzystych jest procedurą wolną od enzymów, co pozwala uniknąć stosowania kolagenazy, trypsyny lub dyspazy.
Aby oddzielić wyekstrahowane komórki macierzyste, mezenchymalne komórki macierzyste, prekursory śródbłonka i inne typy komórek wzrostu, poddana sonikacji tkanka tłuszczowa jest odwirowywana.
Oddzielone komórki macierzyste są zbierane i analizowane pod kątem ich jakości, w tym liczby komórek, żywotności, endotoksyny i barwienia metodą Grama, a następnie natychmiast wykorzystywane do autologicznego przeszczepu lub przechowywane w kriokomorze.
Dlaczego warto unikać enzymów?
Ponieważ trawieniu enzymatycznemu w celu izolacji komórek macierzystych towarzyszą wysokie koszty i możliwe zagrożenia dla bezpieczeństwa, a także brak skuteczności [Oberbauer et al. 2015], preferowane są nieenzymatyczne metody izolacji, takie jak kawitacja ultradźwiękowa. Etap izolacji ultradźwiękowej zastępuje trawienie enzymatyczne poprzez mechaniczne oddzielenie komórek i agregatów komórkowych od tkanki tłuszczowej.
GDmini2 przy przetworniku UP200St-TD (200 W)
- Szybki
- Wydajność
- powtarzalny
- Bezpieczny
- Bez enzymów
- Opłacalność
- Opcje sterylne
Komórki macierzyste pochodzące z tkanki tłuszczowej
Wydajność komórek macierzystych uzyskana dzięki sonikacji
Opublikowana metoda izolacji frakcji zrębu naczyniowego przy użyciu kawitacji ultradźwiękowej daje 1,67-2,24 × 107 komórek o żywotności 97,1-98,9% [Victor, S., 2014]. Wydajność komórek wynoszącą około 2-4 milionów komórek/gram tkanki tłuszczowej uzyskano poprzez ultradźwiękową lizę dojrzałych adipocytów w zdysocjowanej tkance tłuszczowej [Bright et al., 2014].
Komórki przygotowane ultradźwiękowo mają równie wysoki potencjał różnicowania adipogennego i osteogennego, w porównaniu do standardowej metody izolacji enzymatycznej [Oberbauer et al. 2015].
Systemy ultradźwiękowe do izolacji komórek macierzystych
Aby zapewnić najwyższe bezpieczeństwo i najlepszą jakość, niezawodny sprzęt ultradźwiękowy, który pozwala na precyzyjną kontrolę nad leczeniem komórkami macierzystymi, jest kluczowym czynnikiem skutecznego leczenia pacjentów. Hielscher Ultrasonics oferuje różne opcje autologicznego ultradźwiękowego procesu separacji kawitacyjnej w celu izolacji i zbioru komórek macierzystych i prekursorowych śródbłonka.
Bezpośrednia sonikacja do izolacji komórek macierzystych
W procesie izolacji komórek macierzystych poprzez bezpośrednią sonikację, róg ultradźwiękowy (sonotroda, końcówka ultradźwiękowa / sonda) jest zanurzony w tkance tłuszczowej. Za pośrednictwem sonotrody fale ultradźwiękowe są sprzężone bezpośrednio z autologicznym tłuszczem, dzięki czemu kawitacja ultradźwiękowa uwalnia komórki macierzyste i komórki zrębu z pozostałej tkanki. Sonikatory Hielscher UP200Ht i UP200St z sonotrodą S26d14 są powszechnie stosowanymi systemami do leczenia autologicznymi komórkami macierzystymi. Izolacja frakcji zrębu naczyniowego poprzez bezpośrednią sonikację jest najczęściej odpowiednia do stosowania w pomieszczeniach czystych.
Pośrednia sonikacja do izolacji komórek macierzystych
Ponieważ komórki macierzyste są wykorzystywane do zastosowań autologicznych, sterylność procesu jest bardzo ważna. Dlatego firma Hielscher opracowała kilka opcji pośredniej sonikacji, takich jak GDmini2, VialTweeter i inne niestandardowe systemy. W przypadku sonikacji pośredniej fale ultradźwiękowe są sprzęgane przez pojemnik ścienny do tkanki tłuszczowej. Stromalna frakcja naczyniowa (SVF) jest oddzielana od tkanki tłuszczowej za pomocą kawitacji ultradźwiękowej, tak samo jak podczas bezpośredniej sonikacji.
Pośredni proces sonikacji oferuje przewagę w przetwarzaniu komórek w zamkniętym naczyniu pod warunki wolne od zanieczyszczeń ponieważ ryzyko zanieczyszczenia krzyżowego poprzez włożenie sondy ultradźwiękowej (sonotrody) jest wyeliminowane. Izolacja komórek jest przeprowadzana w zamkniętym systemie zapewniającym sterylne warunki procesu.
Przeczytaj więcej o sterylnych sonikatorach Hielscher!
Sonikatory cyfrowe Hielscher mogą być precyzyjnie sterowane za pomocą wyświetlacza dotykowego lub przeglądarki. Procedury sonikacji można wstępnie ustawić za pomocą intuicyjnego menu. Urządzenia ultradźwiękowe są wyposażone w automatyczną rejestrację danych (wszystkie dane procesu sonikacji są przechowywane na zintegrowanej karcie SD). Moc ultradźwięków może być dokładnie dostosowana do protokołu izolacji komórek.
Sonikator VialTweeter to sterylny homogenizator do jednolitego i szybkiego przygotowywania sterylnych próbek.
Literatura/Referencje
- 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.
Fakty, które warto znać
Czym są komórki macierzyste?
Komórki macierzyste to niezróżnicowane komórki organizmu wielokomórkowego, które mają zdolność do wytwarzania w nieskończoność kolejnych komórek tego samego typu. Charakteryzują się one niezwykłym potencjałem do przekształcania się w wiele różnych typów komórek w organizmie we wczesnym okresie życia i wzrostu. Najbardziej wyróżniającą cechą komórek macierzystych jest ich zdolność do odnawiania się poprzez podział komórkowy oraz zdolność do przekształcania się w komórki specyficzne dla tkanki lub narządu o specjalnych funkcjach. Pluripotencjalne komórki macierzyste mają potencjał do różnicowania się w dowolną z trzech komórek zarodkowych: endodermę (wewnętrzna wyściółka żołądka, przewód pokarmowy, płuca), mezodermę (mięśnie, kości, krew, układ moczowo-płciowy) lub ektodermę (tkanki naskórka i układ nerwowy).
W niektórych narządach, takich jak jelita i szpik kostny, komórki macierzyste dzielą się regularnie w celu naprawy i zastąpienia zużytych lub uszkodzonych tkanek. W innych narządach, takich jak trzustka i serce, komórki macierzyste dzielą się tylko w specjalnych warunkach.
Mezenchymalne komórki zrębowe/ macierzyste (MSC), które oferują wysoki potencjał dla różnorodnych zastosowań terapeutycznych w medycynie regeneracyjnej i estetycznej, występują głównie w szpiku kostnym, ale mogą być również izolowane z innych tkanek (np. chrząstki, tłuszczu, komórek mięśniowych). Mezenchymalne komórki macierzyste są uważane za prototypowe dorosłe komórki macierzyste, które charakteryzują się zdolnością do samoodnowy.
Badania i terapie komórkami macierzystymi są wykorzystywane do hodowli tkanek i narządów do celów transplantacyjnych (inżynieria tkankowa). Inne medyczne obszary zastosowania komórek macierzystych można znaleźć w leczeniu chorób mózgu (np. choroba Parkinsona i Alzheimera), terapii niedoboru komórek, chorób krwi (np. białaczka), zwyrodnienia stawów i chrząstek (np. choroba zwyrodnieniowa stawów), a także zabiegów kosmetycznych (np. zabiegi przeciwstarzeniowe). Ogólnie rzecz biorąc, komórki macierzyste mają rozmiar około 15-25 mikronów średnicy.
mezenchymalne komórki macierzyste (MSC) to multipotencjalne komórki zrębowe, które mają zdolność różnicowania się w różne typy komórek, w tym osteoblasty (komórki kostne), chondrocyty (komórki chrząstki), miocyty (komórki mięśniowe) i adipocyty (komórki tłuszczowe).
Co to jest frakcja naczyń zrębu (SVF)?
Stromalna frakcja naczyniowa (SVF) jest składnikiem lipoaspiratu, który można pozyskać za pomocą liposukcji z tkanki tłuszczowej w ludzkim ciele. Lipoaspirat składa się z heterogenicznej mieszaniny komórek i ma wysoką zawartość komórek macierzystych, znanych jako komórki macierzyste pochodzące z tkanki tłuszczowej (ASC lub ADSC), które wykazują podobieństwa do komórek macierzystych szpiku kostnego, takie jak ich zdolność do różnicowania się w komórki wieloliniowe.
Niejednorodna populacja zrębowej frakcji naczyniowej obejmuje między innymi komórki śródbłonka, erytrocyty, fibroblasty, limfocyty, monocyty/makrofagi i perycyty, a także istotną frakcję komórek macierzystych pochodzących z tkanki tłuszczowej.
Czym są komórki macierzyste pochodzące z tkanki tłuszczowej (ASC)?
Pochodzące z tkanki tłuszczowej komórki macierzyste (ASC / ADSC) uwalniają wysokie poziomy bioaktywnych czynników wzrostu, takich jak naskórkowy czynnik wzrostu (EGF), czynnik wzrostu śródbłonka naczyniowego (VEGF), podstawowy czynnik wzrostu fibroblastów (bFGF), czynnik wzrostu keratynocytów (KGF), płytkopochodny czynnik wzrostu (PDGF), czynnik wzrostu hepatocytów (HGF), transformujący czynnik wzrostu beta (TGF-β), insulinowy czynnik wzrostu (IGF) i neurotroficzny czynnik pochodzenia mózgowego (BDNF). ACS nie tylko uwalniają czynniki wzrostu, ale także wydzielają cytokiny, w tym ligand kinazy tyrozynowej 3 związanej z fms (Flt-3), czynnik stymulujący kolonie granulocytów (G-CSF), czynnik stymulujący kolonie makrofagów granulocytów (GM-CSF), czynnik stymulujący kolonie makrofagów (M-CSF), interleukiny (IL), takie jak IL-6, IL-7, IL-8, IL-11 i IL-12, czynnik hamujący białaczkę (LIF) i czynnik martwicy nowotworów alfa (TNF-α).
Jak pozyskuje się komórki macierzyste?
Autologiczne dorosłe komórki macierzyste od ludzi mogą być pozyskiwane z następujących źródeł:
- Szpik kostny, który wymaga pobrania poprzez pobranie, czyli wwiercenie się w kość.
- Tkanka tłuszczowa (komórki lipidowe), która wymaga ekstrakcji poprzez liposukcję.
- Krew, która wymaga ekstrakcji poprzez aferezę, w której krew od dawcy przechodzi przez “dializa” Maszyna, w której komórki macierzyste są ekstrahowane, podczas gdy inne składniki krwi są zwracane dawcy.