การแยกเซลล์ต้นกำเนิดด้วยอัลตราโซนิก
การใช้คลื่นอัลตราโซนิกเป็นวิธีเชิงกลที่มีประสิทธิภาพสูงในการแยกเซลล์ต้นกำเนิดจากเนื้อเยื่อไขมันของมนุษย์ ส่วนเซลล์สโตรมาร่วมหลอดเลือด (SVF) ที่แยกด้วยอัลตราโซนิกแสดงศักยภาพในการฟื้นฟูอย่างมีนัยสำคัญสำหรับการประยุกต์ใช้ทางการแพทย์ Hielscher Ultrasonics มีทางเลือกในการใช้คลื่นอัลตราโซนิกทั้งแบบโดยตรงและโดยอ้อมหลากหลายรูปแบบสำหรับการเก็บเซลล์ต้นกำเนิด ค้นหาเครื่องอัลตราโซนิกที่เหมาะสมที่สุดสำหรับกระบวนการแยกเซลล์ต้นกำเนิดของคุณ!
การแยกเซลล์ต้นกำเนิดด้วยอัลตราโซนิก
เนื้อเยื่อไขมันที่สกัดจากร่างกายมนุษย์ (โดยการดูดไขมัน) จะผ่านการใช้คลื่นอัลตราโซนิกเพื่อแยกเนื้อเยื่อออกจากเซลล์ต้นกำเนิดและเซลล์อื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเจริญเติบโต ส่วนของเซลล์ที่แยกได้นี้เรียกว่าเซลล์ในส่วนสโตรมาร่วมหลอดเลือด (SVF)
เทคนิคการแยกเซลล์ต้นกำเนิดจากเนื้อเยื่อไขมันด้วยอัลตราโซนิกอาศัยหลักการทำงานของคาวิเทชันที่เกิดจากอัลตราโซนิกเพียงอย่างเดียว ซึ่งเป็นแรงเฉือนเชิงกลล้วน ๆ แรงเฉือนจากคาวิเทชันเหล่านี้ทำให้เนื้อเยื่อไขมันแตกสลาย เซลล์ต้นกำเนิดจึงถูกปลดปล่อยออกจากโครงสร้างของเนื้อเยื่อไขมัน การแยกเซลล์ต้นกำเนิดด้วยอัลตราโซนิกเป็นกระบวนการที่ไม่ใช้เอนไซม์ จึงหลีกเลี่ยงการใช้ collagenase, trypsin หรือ dispase
เพื่อแยกเซลล์ต้นกำเนิดที่สกัดได้ เซลล์ต้นกำเนิดมีเซนไคม์ เซลล์ตั้งต้นของเซลล์บุผนังหลอดเลือด และเซลล์ชนิดอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเจริญเติบโต เนื้อเยื่อไขมันที่ผ่านการใช้คลื่นอัลตราโซนิกจะถูกนำไปปั่นเหวี่ยง
เซลล์ต้นกำเนิดที่แยกได้จะถูกเก็บรวบรวมและวิเคราะห์คุณภาพ รวมถึงจำนวนเซลล์ ความมีชีวิตของเซลล์ เอนโดทอกซิน และการย้อมสีแกรม ก่อนนำไปใช้ทันทีสำหรับการปลูกถ่ายกลับให้บุคคลเดียวกัน หรือเก็บรักษาไว้ด้วยความเย็นจัด
เหตุใดจึงควรหลีกเลี่ยงเอนไซม์?
เนื่องจากการย่อยด้วยเอนไซม์เพื่อแยกเซลล์ต้นกำเนิดมีต้นทุนสูงและอาจมีความเสี่ยงด้านความปลอดภัย อีกทั้งยังขาดประสิทธิผล [Oberbauer et al. 2015] จึงนิยมใช้วิธีแยกที่ไม่ใช้เอนไซม์ เช่น คาวิเทชันจากอัลตราโซนิก ขั้นตอนการแยกด้วยอัลตราโซนิกเข้ามาแทนที่การย่อยด้วยเอนไซม์ โดยแยกเซลล์และกลุ่มเซลล์ออกจากเนื้อเยื่อไขมันด้วยวิธีเชิงกล
GDmini2 ที่ทรานสดิวเซอร์ UP200St-TD (200 วัตต์)
- รวดเร็ว
- มีประสิทธิภาพ
- ให้ผลที่ทำซ้ำได้
- ปลอดภัย
- ไม่ใช้เอนไซม์
- คุ้มค่า
- มีทางเลือกสำหรับสภาวะปลอดเชื้อ
เซลล์ต้นกำเนิดจากเนื้อเยื่อไขมัน
ผลผลิตเซลล์ต้นกำเนิดที่ได้จากการใช้คลื่นอัลตราโซนิก
วิธีแยกส่วนเซลล์สโตรมาร่วมหลอดเลือดด้วยคาวิเทชันจากอัลตราโซนิกที่มีการตีพิมพ์ให้ผลผลิต 1.67–2.24 × 107 เซลล์ โดยมีความมีชีวิตของเซลล์ 97.1–98.9% [Victor, S., 2014] การทำให้เซลล์ไขมันที่เจริญเต็มที่ในเนื้อเยื่อไขมันที่แยกกระจายแล้วแตกด้วยอัลตราโซนิกให้ผลผลิตเซลล์ประมาณ 2–4 ล้านเซลล์/กรัมเนื้อเยื่อไขมัน [Bright et al., 2014].
เซลล์ที่เตรียมด้วยอัลตราโซนิกมีศักยภาพในการเปลี่ยนแปลงไปเป็นเซลล์ไขมันและเซลล์กระดูกสูงเท่าเทียมกับเซลล์ที่ได้จากวิธีแยกด้วยเอนไซม์มาตรฐาน [Oberbauer et al. 2015].
ระบบอัลตราโซนิกสำหรับการแยกเซลล์ต้นกำเนิด
เพื่อให้มั่นใจถึงความปลอดภัยสูงสุดและคุณภาพดีที่สุด อุปกรณ์อัลตราโซนิกที่เชื่อถือได้และสามารถควบคุมการจัดการเซลล์ต้นกำเนิดได้อย่างแม่นยำจึงเป็นปัจจัยสำคัญต่อความสำเร็จในการรักษาผู้ป่วย Hielscher Ultrasonics มีทางเลือกหลากหลายสำหรับกระบวนการแยกด้วยคาวิเทชันจากอัลตราโซนิกเพื่อแยกและเก็บเซลล์ต้นกำเนิดและเซลล์ตั้งต้นของเซลล์บุผนังหลอดเลือดสำหรับนำกลับไปใช้กับบุคคลเดียวกัน
การใช้คลื่นอัลตราโซนิกโดยตรงเพื่อแยกเซลล์ต้นกำเนิด
สำหรับกระบวนการแยกเซลล์ต้นกำเนิดด้วยการใช้คลื่นอัลตราโซนิกโดยตรง ฮอร์นอัลตราโซนิก (โซโนโทรด ปลายอัลตราโซนิก / โพรบ) จะถูกจุ่มลงในเนื้อเยื่อไขมัน คลื่นอัลตราโซนิกจะถูกส่งผ่านโซโนโทรดเข้าสู่ไขมันของบุคคลนั้นโดยตรง เพื่อให้คาวิเทชันจากอัลตราโซนิกปลดปล่อยเซลล์ต้นกำเนิดและเซลล์สโตรมาออกจากเนื้อเยื่อที่เหลือ เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher รุ่น UP200Ht และ UP200St ที่ใช้โซโนโทรด S26d14 เป็นระบบที่ใช้กันทั่วไปในการจัดการเซลล์ต้นกำเนิดสำหรับนำกลับไปใช้กับบุคคลเดียวกัน การแยกส่วนเซลล์สโตรมาร่วมหลอดเลือดด้วยการใช้คลื่นอัลตราโซนิกโดยตรงเหมาะเป็นส่วนใหญ่สำหรับการใช้งานในสถานที่ที่มีห้องสะอาด
การใช้คลื่นอัลตราโซนิกโดยอ้อมเพื่อแยกเซลล์ต้นกำเนิด
เนื่องจากเซลล์ต้นกำเนิดถูกนำไปใช้กับบุคคลเดียวกันกับที่เป็นแหล่งของเซลล์ ความปลอดเชื้อของกระบวนการจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง ดังนั้น Hielscher จึงพัฒนาทางเลือกสำหรับการใช้คลื่นอัลตราโซนิกโดยอ้อมหลายรูปแบบ เช่น GDmini2, VialTweeter และระบบอื่น ๆ ที่ปรับแต่งตามความต้องการ ในการใช้คลื่นอัลตราโซนิกโดยอ้อม คลื่นอัลตราโซนิกจะถูกส่งผ่านผนังภาชนะเข้าสู่เนื้อเยื่อไขมัน ส่วนเซลล์สโตรมาร่วมหลอดเลือด (SVF) จะถูกแยกออกจากเนื้อเยื่อไขมันด้วยคาวิเทชันจากอัลตราโซนิก เช่นเดียวกับการใช้คลื่นอัลตราโซนิกโดยตรง
กระบวนการใช้คลื่นอัลตราโซนิกโดยอ้อมมีข้อดีคือสามารถจัดการเซลล์ในภาชนะปิดภายใต้ สภาวะปราศจากการปนเปื้อน เนื่องจากขจัดความเสี่ยงของการปนเปื้อนข้ามที่เกิดจากการสอดฮอร์นอัลตราโซนิก (โซโนโทรด) การแยกเซลล์ดำเนินการในระบบปิดเพื่อให้มั่นใจว่ากระบวนการอยู่ภายใต้สภาวะปลอดเชื้อ
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับเครื่องอัลตราโซนิก Hielscher สำหรับการใช้งานภายใต้สภาวะปลอดเชื้อ!
เครื่องอัลตราโซนิกแบบดิจิทัลของ Hielscher สามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำผ่านหน้าจอสัมผัสหรือการควบคุมผ่านเบราว์เซอร์ สามารถตั้งค่าขั้นตอนการใช้คลื่นอัลตราโซนิกไว้ล่วงหน้าผ่านเมนูที่ใช้งานง่าย อุปกรณ์อัลตราโซนิกมีระบบบันทึกข้อมูลอัตโนมัติ (ข้อมูลทั้งหมดของกระบวนการใช้คลื่นอัลตราโซนิกจะถูกจัดเก็บไว้ในการ์ด SD ที่ติดตั้งในตัวเครื่อง) สามารถปรับกำลังอัลตราโซนิกที่ป้อนให้ตรงกับระเบียบวิธีการแยกเซลล์ได้อย่างแม่นยำ
เครื่องอัลตราโซนิก VialTweeter เป็นเครื่องทำให้เป็นเนื้อเดียวกันแบบปลอดเชื้อสำหรับการเตรียมตัวอย่างปลอดเชื้ออย่างสม่ำเสมอและรวดเร็ว
วรรณกรรม/เอกสารอ้างอิง
- 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.
ข้อเท็จจริงที่ควรรู้
เซลล์ต้นกำเนิดคืออะไร?
เซลล์ต้นกำเนิดเป็นเซลล์ที่ยังไม่เปลี่ยนแปลงไปทำหน้าที่เฉพาะในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ ซึ่งสามารถสร้างเซลล์ชนิดเดียวกันเพิ่มขึ้นได้อย่างไม่จำกัด เซลล์เหล่านี้มีลักษณะเด่นคือศักยภาพที่โดดเด่นในการพัฒนาไปเป็นเซลล์ชนิดต่าง ๆ มากมายในร่างกายในช่วงเริ่มต้นของชีวิตและการเจริญเติบโต คุณลักษณะที่โดดเด่นที่สุดของเซลล์ต้นกำเนิดคือความสามารถในการสร้างเซลล์ใหม่ทดแทนตนเองด้วยการแบ่งเซลล์ และความสามารถในการเปลี่ยนแปลงไปเป็นเซลล์เฉพาะของเนื้อเยื่อหรืออวัยวะที่มีหน้าที่พิเศษ เซลล์ต้นกำเนิดชนิดพหุศักยภาพมีศักยภาพในการเปลี่ยนแปลงไปเป็นเซลล์สืบพันธุ์ชนิดใดก็ได้ในสามชนิด ได้แก่ เอนโดเดิร์ม (เยื่อบุด้านในของกระเพาะอาหาร ทางเดินอาหาร ปอด) มีโซเดิร์ม (กล้ามเนื้อ กระดูก เลือด ระบบทางเดินปัสสาวะและอวัยวะสืบพันธุ์) หรือเอ็กโทเดิร์ม (เนื้อเยื่อหนังกำพร้าและระบบประสาท)
ในอวัยวะบางชนิด เช่น ลำไส้และไขกระดูก เซลล์ต้นกำเนิดจะแบ่งตัวเป็นประจำเพื่อซ่อมแซมและทดแทนเนื้อเยื่อที่เสื่อมสภาพหรือเสียหาย ในอวัยวะอื่น ๆ เช่น ตับอ่อนและหัวใจ เซลล์ต้นกำเนิดจะแบ่งตัวเฉพาะภายใต้สภาวะพิเศษเท่านั้น
เซลล์สโตรมา/เซลล์ต้นกำเนิดมีเซนไคม์ (MSC) ซึ่งมีศักยภาพสูงสำหรับการประยุกต์ใช้ในการรักษาหลากหลายรูปแบบในเวชศาสตร์ฟื้นฟูและเวชศาสตร์ความงาม พบเป็นหลักในไขกระดูก แต่สามารถแยกได้จากเนื้อเยื่ออื่น ๆ เช่นกัน (เช่น กระดูกอ่อน ไขมัน เซลล์กล้ามเนื้อ) เซลล์ต้นกำเนิดมีเซนไคม์ถือเป็นต้นแบบของเซลล์ต้นกำเนิดในผู้ใหญ่ โดยมีลักษณะเด่นคือความสามารถในการสร้างเซลล์ใหม่ทดแทนตนเอง
การวิจัยและการรักษาด้วยเซลล์ต้นกำเนิดใช้เพื่อเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อและอวัยวะสำหรับการปลูกถ่าย (วิศวกรรมเนื้อเยื่อ) สาขาทางการแพทย์อื่น ๆ ที่มีการประยุกต์ใช้เซลล์ต้นกำเนิด ได้แก่ การรักษาโรคสมอง (เช่น โรคพาร์กินสันและโรคอัลไซเมอร์) การบำบัดภาวะขาดเซลล์ โรคเลือด (เช่น มะเร็งเม็ดเลือดขาว) การเสื่อมของข้อและกระดูกอ่อน (เช่น โรคข้อเสื่อม) รวมถึงการรักษาด้านความงาม (เช่น การรักษาเพื่อชะลอวัย) โดยทั่วไป เซลล์ต้นกำเนิดมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 15–25 ไมครอน
เซลล์ต้นกำเนิดมีเซนไคม์ (MSC) เป็นเซลล์สโตรมาที่มีศักยภาพในการเปลี่ยนแปลงไปเป็นเซลล์ได้หลายชนิด รวมถึงเซลล์สร้างกระดูก (เซลล์กระดูก) เซลล์กระดูกอ่อน (เซลล์ของกระดูกอ่อน) เซลล์กล้ามเนื้อ (เซลล์ของกล้ามเนื้อ) และเซลล์ไขมัน (เซลล์ของไขมัน)
ส่วนเซลล์สโตรมาร่วมหลอดเลือด (SVF) คืออะไร?
ส่วนเซลล์สโตรมาร่วมหลอดเลือด (SVF) เป็นองค์ประกอบหนึ่งของสิ่งที่ได้จากการดูดไขมัน ซึ่งสามารถสกัดจากเนื้อเยื่อไขมันในร่างกายมนุษย์ด้วยการดูดไขมัน สิ่งที่ได้จากการดูดไขมันประกอบด้วยส่วนผสมของเซลล์หลากหลายชนิด และมีเซลล์ต้นกำเนิดในปริมาณสูง ซึ่งเรียกว่าเซลล์ต้นกำเนิดจากเนื้อเยื่อไขมัน (ASC หรือ ADSC) เซลล์เหล่านี้มีลักษณะคล้ายกับเซลล์ต้นกำเนิดจากไขกระดูก เช่น ความสามารถในการเปลี่ยนแปลงไปเป็นเซลล์หลายสายการพัฒนา
ประชากรเซลล์หลากหลายชนิดในส่วนเซลล์สโตรมาร่วมหลอดเลือดประกอบด้วยเซลล์บุผนังหลอดเลือด เม็ดเลือดแดง ไฟโบรบลาสต์ ลิมโฟไซต์ โมโนไซต์/แมโครฟาจ และเพอริไซต์ เป็นต้น รวมถึงส่วนสำคัญของเซลล์ต้นกำเนิดจากเนื้อเยื่อไขมัน
เซลล์สโตรมา/เซลล์ต้นกำเนิดจากเนื้อเยื่อไขมัน (ASC) คืออะไร?
เซลล์สโตรมา/เซลล์ต้นกำเนิดจากเนื้อเยื่อไขมัน (ASC / ADSC) ปลดปล่อยปัจจัยการเจริญเติบโตที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพในระดับสูง เช่น ปัจจัยการเจริญเติบโตของหนังกำพร้า (EGF) ปัจจัยการเจริญเติบโตของเซลล์บุผนังหลอดเลือด (VEGF) ปัจจัยการเจริญเติบโตของไฟโบรบลาสต์ชนิดเบสิก (bFGF) ปัจจัยการเจริญเติบโตของเคราติโนไซต์ (KGF) ปัจจัยการเจริญเติบโตจากเกล็ดเลือด (PDGF) ปัจจัยการเจริญเติบโตของเซลล์ตับ (HGF) ปัจจัยการเจริญเติบโตชนิดทรานส์ฟอร์มิงเบตา (TGF-β) ปัจจัยการเจริญเติบโตอินซูลิน (IGF) และปัจจัยบำรุงประสาทที่มาจากสมอง (BDNF) ACS ไม่เพียงปลดปล่อยปัจจัยการเจริญเติบโตเท่านั้น แต่ยังหลั่งไซโตไคน์ รวมถึงลิแกนด์ของไทโรซีนไคเนส 3 ที่เกี่ยวข้องกับ fms (Flt-3) ปัจจัยกระตุ้นการสร้างโคโลนีของแกรนูโลไซต์ (G-CSF) ปัจจัยกระตุ้นการสร้างโคโลนีของแกรนูโลไซต์และแมโครฟาจ (GM-CSF) ปัจจัยกระตุ้นการสร้างโคโลนีของแมโครฟาจ (M-CSF) อินเตอร์ลิวคิน (IL) เช่น IL-6, IL-7, IL-8, IL-11 และ IL-12 ปัจจัยยับยั้งลิวคีเมีย (LIF) และปัจจัยเนื้องอกเนโครซิสแอลฟา (TNF-α)
สกัดเซลล์ต้นกำเนิดได้อย่างไร?
เซลล์ต้นกำเนิดในผู้ใหญ่จากมนุษย์สำหรับนำกลับไปใช้กับบุคคลเดียวกันสามารถสกัดได้จากแหล่งต่อไปนี้:
- ไขกระดูก ซึ่งต้องสกัดโดยการเก็บไขกระดูก กล่าวคือการเจาะเข้าไปในกระดูก
- เนื้อเยื่อไขมัน (เซลล์ไขมัน) ซึ่งต้องสกัดโดยการดูดไขมัน
- เลือด ซึ่งต้องสกัดด้วยกระบวนการอะเฟอรีซิส โดยเลือดจากผู้บริจาคจะผ่านเครื่อง “ฟอกไต” ที่สกัดเซลล์ต้นกำเนิดออก ขณะที่ส่วนประกอบอื่น ๆ ของเลือดจะถูกส่งกลับคืนให้ผู้บริจาค