Ультразвуковое выделение стволовых клеток
Обработка ультразвуком – высокоэффективный механический метод выделения стволовых клеток из жировой ткани человека. Выделенная ультразвуком стромально-васкулярная фракция (SVF) демонстрирует значительный регенеративный потенциал для медицинского применения. Hielscher Ultrasonics предлагает ряд вариантов прямой и непрямой обработки ультразвуком для получения стволовых клеток. Найдите идеальный ультразвуковой аппарат для вашего процесса выделения стволовых клеток!
Ультразвуковое выделение стволовых клеток
Жировую ткань, извлечённую из организма человека посредством липосакции, обрабатывают ультразвуком, чтобы отделить ткань от стволовых клеток и других клеток, участвующих в росте. Эта отделённая часть клеток известна как клетки стромально-васкулярной фракции (SVF).
Метод ультразвукового выделения стволовых клеток из жировой ткани основан исключительно на принципе действия кавитации, вызываемой ультразвуком, который представляет собой чисто механический сдвиг. Эти кавитационные силы сдвига разрушают жировую ткань, в результате чего стволовые клетки высвобождаются из её структуры. Ультразвуковое выделение стволовых клеток – процедура без применения ферментов, позволяющая избежать использования коллагеназы, трипсина или диспазы.
Для отделения извлечённых стволовых клеток, мезенхимальных стволовых клеток, эндотелиальных клеток-предшественников и других типов клеток, участвующих в росте, обработанную ультразвуком жировую ткань центрифугируют.
Отделённые стволовые клетки собирают и анализируют для оценки их качества, включая количество клеток, жизнеспособность, эндотоксин и окрашивание по Граму, после чего сразу используют для аутологичной трансплантации или помещают на криохранение.
Почему следует избегать ферментов?
Поскольку ферментативное расщепление для выделения стволовых клеток связано с высокими затратами и возможными рисками для безопасности, а также с недостаточной эффективностью [Oberbauer et al. 2015], предпочтение отдают неферментативным методам выделения, таким как ультразвуковая кавитация. Этап ультразвукового выделения заменяет ферментативное расщепление, механически отделяя клетки и клеточные агрегаты от жировой ткани.
GDmini2 на преобразователе UP200St-TD (200 ватт)
- Быстрота
- Эффективность
- Воспроизводимость
- Безопасность
- Без применения ферментов
- Экономичность
- Варианты для стерильной обработки
Стволовые клетки, полученные из жировой ткани
Выход стволовых клеток при обработке ультразвуком
Опубликованный метод выделения стромально-васкулярной фракции с использованием ультразвуковой кавитации обеспечивает выход 1,67–2,24 × 107 клеток с жизнеспособностью 97,1–98,9% [Victor, S., 2014]. Выход около 2–4 миллионов клеток на грамм жировой ткани был получен путём ультразвукового лизиса зрелых адипоцитов в диссоциированной жировой ткани [Bright et al., 2014].
Клетки, полученные с помощью ультразвука, обладают столь же высоким потенциалом адипогенной и остеогенной дифференцировки, как и клетки, полученные стандартным методом ферментативного выделения [Oberbauer et al. 2015].
Ультразвуковые системы для выделения стволовых клеток
Для обеспечения наивысшей безопасности и наилучшего качества надёжное ультразвуковое оборудование, позволяющее точно контролировать обработку стволовых клеток, является ключевым фактором успешного лечения пациентов. Hielscher Ultrasonics предлагает различные варианты аутологичного процесса разделения с помощью ультразвуковой кавитации для выделения и получения стволовых клеток и эндотелиальных клеток-предшественников.
Прямая обработка ультразвуком для выделения стволовых клеток
При выделении стволовых клеток посредством прямой обработки ультразвуком ультразвуковой рупор (сонотрод, ультразвуковой наконечник / зонд) погружают в жировую ткань. Через сонотрод ультразвуковые волны передаются непосредственно в аутологичный жир, в результате чего ультразвуковая кавитация высвобождает стволовые и стромальные клетки из оставшейся ткани. Ультразвуковые аппараты Hielscher UP200Ht и UP200St с сонотродом S26d14 являются широко используемыми системами для аутологичной обработки стволовых клеток. Выделение стромально-васкулярной фракции посредством прямой обработки ультразвуком преимущественно подходит для использования в чистых помещениях.
Непрямая обработка ультразвуком для выделения стволовых клеток
Поскольку стволовые клетки используются для аутологичного применения, стерильность процесса очень важна. Поэтому Hielscher разработала несколько вариантов непрямой обработки ультразвуком, таких как GDmini2, VialTweeter и другие системы, изготовленные по индивидуальным требованиям. При непрямой обработке ультразвуком ультразвуковые волны передаются в жировую ткань через стенку ёмкости. Стромально-васкулярная фракция (SVF) отделяется от жировой ткани посредством ультразвуковой кавитации так же, как при прямой обработке ультразвуком.
Преимущество непрямой обработки ультразвуком заключается в возможности обрабатывать клетки в закрытом сосуде в условиях отсутствия загрязнения , поскольку исключается риск перекрёстного загрязнения при введении ультразвукового рупора (сонотрода). Выделение клеток осуществляется в закрытой системе, обеспечивающей стерильные условия процесса.
Узнайте больше об ультразвуковых аппаратах Hielscher для стерильной обработки!
Цифровыми ультразвуковыми аппаратами Hielscher можно точно управлять с помощью сенсорного дисплея или через браузер. Процедуры обработки ультразвуком можно заранее настроить через интуитивно понятное меню. Ультразвуковые устройства оснащены автоматической записью данных (все данные процесса обработки ультразвуком сохраняются на встроенной SD-карте). Вводимую ультразвуковую мощность можно точно настроить в соответствии с протоколом выделения клеток.
Ультразвуковой аппарат VialTweeter – стерильный гомогенизатор для равномерной и быстрой стерильной подготовки образцов.
Литература/Источники
- 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.
Полезные сведения
Что такое стволовые клетки?
Стволовые клетки – недифференцированные клетки многоклеточного организма, способные неограниченно производить новые клетки того же типа. Они характеризуются замечательным потенциалом превращаться во множество различных типов клеток организма на раннем этапе жизни и роста. Наиболее отличительными особенностями стволовых клеток являются их способность к самообновлению путём клеточного деления и способность превращаться в клетки, специфичные для определённой ткани или органа и выполняющие особые функции. Плюрипотентные стволовые клетки обладают потенциалом дифференцироваться в любой из трёх типов половых клеток: энтодерму (внутренняя выстилка желудка, желудочно-кишечный тракт, лёгкие), мезодерму (мышцы, кости, кровь, мочеполовые структуры) или эктодерму (эпидермальные ткани и нервная система).
В некоторых органах, таких как кишечник и костный мозг, стволовые клетки регулярно делятся для восстановления и замены изношенных или повреждённых тканей. В других органах, таких как поджелудочная железа и сердце, стволовые клетки делятся только при особых условиях.
Мезенхимальные стромальные/стволовые клетки (MSC), обладающие высоким потенциалом для разнообразных терапевтических применений в регенеративной и эстетической медицине, преимущественно находятся в костном мозге, но их также можно выделить из других тканей (например, хряща, жира, мышечных клеток). Мезенхимальные стволовые клетки считаются типичными стволовыми клетками взрослого организма, характеризующимися способностью к самообновлению.
Исследования стволовых клеток и методы лечения с их применением используются для выращивания тканей и органов в целях трансплантации (тканевая инженерия). Другие медицинские области применения стволовых клеток включают лечение заболеваний головного мозга (например, болезней Паркинсона и Альцгеймера), терапию клеточной недостаточности, лечение заболеваний крови (например, лейкоза), дегенерации суставов и хрящей (например, остеоартроза), а также косметические процедуры (например, процедуры против старения). В целом диаметр стволовых клеток составляет приблизительно 15–25 микрон.
Мезенхимальные стволовые клетки (MSC) – мультипотентные стромальные клетки, способные дифференцироваться в различные типы клеток, включая остеобласты (костные клетки), хондроциты (хрящевые клетки), миоциты (мышечные клетки) и адипоциты (жировые клетки).
Что такое стромально-васкулярная фракция (SVF)?
Стромально-васкулярная фракция (SVF) – компонент липоаспирата, который можно извлечь из жировой ткани организма человека посредством липосакции. Липоаспират представляет собой гетерогенную смесь клеток с высоким содержанием стволовых клеток, известных как стволовые клетки, полученные из жировой ткани (ASC или ADSC), которые имеют сходство со стволовыми клетками костного мозга, например способность дифференцироваться в клетки различных линий.
Гетерогенная популяция стромально-васкулярной фракции включает, среди прочего, эндотелиальные клетки, эритроциты, фибробласты, лимфоциты, моноциты/макрофаги и перициты, а также значительную долю стволовых клеток, полученных из жировой ткани.
Что такое стромальные/стволовые клетки, полученные из жировой ткани (ASC)?
Стромальные/стволовые клетки, полученные из жировой ткани (ASC / ADSC), выделяют большое количество биоактивных факторов роста, таких как эпидермальный фактор роста (EGF), фактор роста эндотелия сосудов (VEGF), основной фактор роста фибробластов (bFGF), фактор роста кератиноцитов (KGF), тромбоцитарный фактор роста (PDGF), фактор роста гепатоцитов (HGF), трансформирующий фактор роста бета (TGF-β), инсулиновый фактор роста (IGF) и нейротрофический фактор головного мозга (BDNF). ACS не только выделяют факторы роста, но и секретируют цитокины, включая лиганд fms-подобной тирозинкиназы 3 (Flt-3), гранулоцитарный колониестимулирующий фактор (G-CSF), гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор (GM-CSF), макрофагальный колониестимулирующий фактор (M-CSF), интерлейкины (IL), такие как IL-6, IL-7, IL-8, IL-11 и IL-12, фактор, ингибирующий лейкоз (LIF), и фактор некроза опухоли альфа (TNF-α).
Как извлекают стволовые клетки?
Аутологичные стволовые клетки взрослого организма человека можно извлечь из следующих источников:
- Костный мозг, из которого клетки необходимо извлекать путём забора, то есть сверления кости.
- Жировая ткань (липидные клетки), из которой клетки необходимо извлекать посредством липосакции.
- Кровь, из которой клетки необходимо извлекать посредством афереза: кровь донора проходит через «диализный» аппарат, в котором извлекаются стволовые клетки, а остальные компоненты крови возвращаются донору.