在此,我们介绍一种高效分离脂肪来源干细胞和脂肪细胞的标准方法,其特征在于 >处理时间减少90%,细胞存活率高,且具有广泛的兼容性。
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在此,我们介绍一种高效分离脂肪来源干细胞和脂肪细胞的标准方法,其特征在于 >处理时间减少90%,细胞存活率高,且具有广泛的兼容性。
脂肪来源干细胞(ADSCs)因其来源丰富、获取过程微创、具有多向分化潜能以及免疫调节特性,已成为再生医学中理想的种子细胞。其应用涵盖组织修复、疾病建模和细胞治疗等领域;然而,高效分离出高活力的ADSCs仍是推动基础研究和临床转化的关键。传统的分离方法,如酶消化结合移液管机械解离,存在处理时间长(1–3 小时)、细胞活力低(通常<70%)以及批次间差异大等局限性,严重影响后续实验的可靠性。
本文介绍了SoniConvert系统(一种基于机械波的细胞分离系统),该系统结合了机械波与酶消化技术,以应对上述挑战。该系统集成了基于微处理器的控制单元,通过数字反馈调节由机械波介导的组织解离过程,并配合专为脂肪组织优化的组织特异性松解试剂(孵育时间为5–15分钟)。该方法可快速将组织转化为单细胞悬液,机械解离过程仅需3–9秒即可完成。
该系统具有三个优势:(1)超快速处理,核心分离过程——从酶消化到初始细胞组分分离——约在30分钟内完成(>与传统方法相比可减少90%的处理时间);(2)高细胞活性保持,经台盼蓝染色证实细胞活性达80–95%,优于传统方案;(3)广泛的兼容性,所得单细胞悬液适用于原代细胞培养、流式细胞术、细胞毒性检测及脂肪类器官构建。该系统通过缩短处理时间、增强细胞完整性并减少操作变异性,为脂肪相关研究提供了实用的技术平台。
脂肪来源的干细胞(ADSCs)是间充质干细胞(MSCs)的一个重要亚群,可从脂肪组织中分离获得,因其易于获取、采集过程微创、增殖能力强、具有多向分化潜能以及显著的旁分泌和免疫调节特性而展现出巨大的治疗潜力1,2,3,4。这些特性使ADSCs成为再生医学、组织工程和免疫治疗领域极具前景的候选细胞。然而,ADSCs的转化应用依赖于能否分离出功能完整且高纯度的细胞群体,而这一过程在技术上仍具挑战性。脂肪组织独特的生物学特性带来了两个主要难题:(1)脂肪细胞富含脂质,在机械处理过程中容易破裂,释放出游离脂质,污染基质血管组分(SVF),从而影响细胞活力和得率5,6;(2)该组织结构复杂,包含筋膜、内皮细胞、免疫细胞和血液成分7,增加了脂肪来源细胞分离的难度。这些局限性凸显了迫切需要一种高效、快速且能保持细胞活性的方法,以分离高质量的ADSCs和脂肪细胞——后者在代谢性疾病建模和细胞治疗等下游应用中同样至关重要。
目前已有多种成熟的方法可用于分离脂肪来源的细胞,包括酶消化法、组织块培养法和机械分离法8,9,10。其中应用最广泛的是酶消化法,该方法利用胶原酶降解细胞外基质(ECM)成分,从而释放被包裹的干细胞。该方法通常包括组织剪碎、胶原酶消化(37 °C,1–2 h)、通过离心分离基质血管组分(SVF)以及贴壁培养纯化等步骤。尽管该法在分解ECM方面效果显著,但仍存在明显缺点:处理时间较长(总计3–4 h)、需要较大的样本量,以及动物来源胶原酶可能带来的酶毒性或批次间差异风险,这些因素均限制了其在临床中的转化应用。组织块培养法依赖干细胞从组织碎片中迁移而出,所获得的细胞活力得以较好保持,但存在通量低、细胞回收时间长(7–10天)的问题。机械解离法通过物理破坏(如振荡、剪切)实现细胞分离,虽可缩短处理时间,但常会损害细胞完整性,导致细胞活力下降和细胞群体纯度不足。总体而言,上述方法均难以同时满足效率、纯度和细胞活力这三个临床级细胞分离所必需的关键标准。因此,我们提出一种新型的脂肪来源细胞(脂肪细胞和ADSCs)分离方法,该方法结合了酶消化与机械波介导的解离过程11。该方法实现了两项关键改进:(1) 时间效率高:通过结合预优化的无动物源性酶混合物与低频机械波,将总处理时间从3–4 h缩短至约30 min(图1);(2) 细胞活力保持良好:温和的机械分散显著减少了脂肪细胞破裂和脂质释放。需要强调的是,30 min的时间指的是核心分离流程(包括消化、机械解离、过滤和初步离心)以获得粗制的脂肪细胞和SVF组分;后续可选的纯化步骤(如红细胞(RBC)裂解)则需额外的操作时间。
我们优化的脂肪细胞分离方法在多个研究和临床领域展现出显著的应用潜力。在基础研究中,所获得的高活力细胞在脂肪向和成骨向分化研究中表现出优异性能,为组织工程应用提供了可靠的细胞来源。在转化医学中,临床研究已证明脂肪间充质干细胞(ADSCs)在治疗骨关节炎12、心血管疾病13、多发性硬化症14以及炎症性肠病(IBD)/克罗恩病15等疾病方面具有治疗潜力。快速分离获得的ADSCs可作为构建脂肪组织类器官和实施细胞治疗的理想基本单元,显著推动药物筛选与疾病建模研究。此外,高质量的单细胞悬液适用于单细胞RNA测序。综上所述,该整合方法为脂肪组织研究建立了一个稳健的技术平台,有力支持再生医学领域的基础研究与临床转化。
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所有动物实验均按照 实验动物管理规定 (中国科学技术部,2017年3月修订),并经四川农业大学动物伦理与福利委员会批准(许可编号:20230089)。本方案需使用SoniConvert系统,一种 commercially available 的用于机械波辅助组织解离的设备(下文简称机械解离系统)。该方案针对猪脂肪组织进行了优化,且对这一专用设备的依赖是其主要局限性。
1. 脂肪组织的采集与制备

图2:猪背浅层脂肪组织(ULB)的采集以用于细胞分离。(A) 猪背部脂肪组织结构示意图;(B)巴马香猪的切割部位; (C)背部脂肪组织展示,猪背皮下脂肪包含两层,上层(ULB)和内层(ILB); (D)采集的ULB组织。缩写:ULB = 背部上层脂肪;ILB = 背部内层脂肪。请点击此处查看该图的放大版本。
暂停点:收集的脂肪组织可在冰上预冷的无菌生理盐水或D-Hanks溶液中于4 °C短期保存,以便后续解剖。
注意:目标是收集背部皮下脂肪组织的上层(ULB)。解剖过程中应避免混入背部皮下脂肪组织的下层(ILB)。
2. 细胞分离与匀浆
3. 过滤以获得单细胞悬液
4. 下游应用与分析
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图1: 脂肪来源细胞分离过程的示意图。 该图展示了传统方法与当前方法作为示例性工作流程。脂肪来源细胞的分离包括三个主要步骤:第一步是预处理;第二步是解离脂肪组织以释放细胞;最后一步是通过过滤和离心分离细胞。 请点击此处查看此图的放大版本。
如图1所示,已成...
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本研究介绍了一种用于分离脂肪来源细胞(主要是脂肪细胞和脂肪源性干细胞)的新型整合方法,该方法克服了传统方法的关键局限性。通过将组织特异性酶解松解与精密机械波解离相结合,该系统实现了快速(总处理时间约30分钟)、高存活率(80–95%)且可重复的细胞分离。
传统的酶消化法虽然被广泛使用,但依赖长时间的胶原酶孵育(1–3 小时)以及剧烈的机械吹打,这会导致脂肪细胞破裂并释放脂质,引发氧化应激,进而造成细胞活力下降(通常<70%)16,17。相比之下,我们的方法采用双重作用机制:(1)一种短时间孵育(5–15 分钟)的脂肪组织特异性松解试剂,可轻柔破坏细胞外基质交联结构,同时不损伤细胞膜;(2)由微处理器控制的机械波,实现精确且低振幅的组织解离。这种协同作用显著减少了脂质污染和氧化损伤,细胞活力达到80–95%, consistently 超过传统方法10–25%18,
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作者 Ziyi Zhao 和 Jiaying Yu 隶属于成都多森生物技术有限公司,该公司生产本实验方案中使用的 SoniConvert 系统(SC-L1W)和脂肪组织解离试剂盒(TM008)。其他作者声明无竞争利益。
本工作得到了国家自然科学基金(李 M:32421005 和 32225046,卢 L:32472857);中国西藏自治区科技项目(XZ202501ZY0147,负责人:M.L.);中国博士后科学基金(卢 L:2024M763881);重庆市博士后特别资助(卢 L:2023CQBSHTB3098);国家级/省级大学生创新创业训练计划项目(卢 L:202510626001);以及农业科技重大项目的支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| A型组织解离试剂盒 | Docsense | TM001 | 包含A型组织解离试剂(A型溶液)和A型组织解离缓冲液(A缓冲液)。 |
| 脂肪细胞分化培养基试剂盒 | OriCell | GUXMD-90031 | 用于脂肪细胞分化,包括高糖Dulbecco改良Eagle培养基(未修饰)和维持培养基 |
| 茜素红S | OriCell | A5533ALIR-10001 | 用于成骨分化的矿化染色(pH 5.2) |
| 抗坏血酸 | Sigma-Aldrich | A4544 | L-抗坏血酸,经细胞培养测试,用于成骨诱导 |
| 巴马小型猪 | 成都达硕实验动物有限公司 | 一岁雄性,SPF级动物,按照标准化的疫苗接种、驱虫和清洁程序进行饲养。https://www.cd-dossy.cn/animalpl_detail/12606067609851863 04.html | |
| Bio-Rad TC20自动细胞计数仪 | Bio-Rad Laboratories | 1450011 | 用于细胞活力和产量评估的自动细胞计数仪 |
| BODIPY | Thermo Fisher Scientific | D3922 | 中性脂质染料 |
| BSA(5%) | Sigma-Aldrich | A9418 | 牛血清白蛋白,冻干粉末,用于封闭 |
| 骨化三醇 | Sigma-Aldrich | C9756 | 1α,25-二羟基维生素D3,用于成骨诱导 |
| 细胞筛(70 μm) | Corning | 352350 | Falcon 70 μm细胞筛,无菌,用于FACS样本制备 |
| 细胞滤器(200 μm) | pluriSelect | 43-50200-03 | pluriStrainer,PET网孔,适配50 mL离心管,无菌 |
| 离心管(50 mL) | Corning | 352098 | Falcon 50 mL高透明度锥形离心管,无菌,聚丙烯材质 |
| 计数载玻片(适用于Bio-Rad TC20) | Bio-Rad Laboratories | 1450011 | 双室计数载玻片,用于TC20自动细胞计数仪 |
| 培养皿(100 mm) | Corning | 430167 | 无菌聚苯乙烯培养皿,用于悬滴法类器官形成 |
| 地塞米松 | Sigma-Aldrich | D4902 | ≥98%,用于脂肪细胞和成骨诱导 |
| D-Hanks平衡盐溶液或PBS | Gibco | 10010015 | 预冷至4 °C,pH 7.4。 |
| DMEM | Gibco | 11965084 | 用于新鲜分离的SVF培养 |
| DNase I | Beyotime | D7073 | 可选,若观察到细胞团块建议使用。 |
| 乙醇 | Sigma-Aldrich | 459836 | 75%,用于表面消毒。 |
| 胎牛血清(FBS) | Gibco | A4736201 | 经Tet系统认证,美国来源,无菌 |
| 流式细胞仪 | BD Biosciences | BD FACSCanto II | 三激光(405 nm、488 nm、633 nm),8个荧光通道,用于表面标志物分析(CD73、CD90、CD11b、CD45),满足20 psi下70 μm喷嘴要求 |
| 荧光显微镜 | Olympus | 倒置或正置型号,具备FITC和DAPI滤光片组。 | |
| 荧光二抗 | Thermo Fisher Scientific | A-11001(抗小鼠)、A-11008(抗兔) | Alexa Fluor标记,用于免疫荧光染色 |
| 荧光素标记抗体(CD73、CD90、CD11b、CD45) | BD Biosciences | 561254(CD73)、561970(CD90)、557321(CD11b)、555485(CD45) | 用于ADSC表型的流式细胞分析 |
| Hoechst | Thermo Fisher Scientific | H3570 | 活/死细胞评估用核染料。 |
| IBMX | Sigma-Aldrich | I5879 | ≥99%(HPLC),用于脂肪细胞诱导培养基 |
| 冰冻无菌生理盐水 | Baxter | 2F7124 | 0.9%氯化钠注射液,USP,用于组织冲洗 |
| 胰岛素 | Sigma-Aldrich | I9278 | 重组型,酵母表达,用于脂肪细胞诱导 |
| 碘伏 | Sigma-Aldrich | 25104 | 2%消毒液。 |
| Matrigel | Corning | 354230 | 生长因子减少型,无酚红,用于类器官包埋 |
| 金属浴 | Servicebio | SMB-H | 用于37 °C孵育。 |
| 油红O | OriCell | OILR-10001 | 用于脂肪细胞分化的脂质染色 |
| 光学显微镜 | Olympus | 标准明场显微镜,配备10x–40x物镜。 | |
| 成骨分化培养基试剂盒 | OriCell | GUXMD-90021 | 用于成骨分化,包括高糖Dulbecco改良Eagle培养基(未修饰)和维持培养基 |
| P1000移液器配宽口吸头 | Beckman Coulter | B01113 | Biomek P1000 Span-8宽口吸头,无菌 |
| 多聚甲醛(4%) | Thermo Fisher Scientific | J61899 | 水溶液,用于类器官固定 |
| 巴斯德吸管 | Corning | 7095S-5C | 无菌,一次性使用。 |
| 青霉素-链霉素 | Gibco | 15070063 | 10,000 U/mL青霉素,10,000 μg/mL链霉素,无菌 |
| 戊巴比妥钠 | Hikma Pharmaceuticals USA Inc. | 24201-010-20 | 注射用,用于安乐死(100 mg/kg体重,静脉注射)。ANDA 203619 |
| 一抗(CD73、CD90、CD11b、CD45) | BD Biosciences | 561254(CD73)、561970(CD90)、557321(CD11b)、555485(CD45) | 用于类器官免疫染色 |
| 红细胞裂解缓冲液(RBC Lysis Buffer) | Solarbio | R1010 | 如后续实验需要时使用。 |
| 冷冻离心机 | Eppendorf | 5702R | 用于4 °C下的离心步骤。 |
| 罗格列酮 | Cayman Chemical | 71740 | ≥98%,PPARγ激动剂,用于脂肪细胞诱导 |
| 锐器盒 | Becton Dickinson | 305270 | 防穿刺容器,用于废弃刀片和剪刀 |
| SoniConvert单细胞悬液制备系统 | Docsense | SC-L1W | 用于组织的机械解离。 |
| 染色缓冲液(流式染色缓冲液) | eBioscience(Thermo Fisher Scientific) | 00-4222-57 | 200 mL,即用型,含FBS和0.09%叠氮化钠作为防腐剂,用于流式细胞术中的抗体和细胞稀释、表面染色及洗涤步骤 |
| 无菌1.5 mL Eppendorf管 | Eppendorf | 30121.517 | Safe-Lock微量离心管,无菌,用于组织剪切 |
| 无菌培养皿 | Corning | 430167 | 100 mm × 20 mm无菌培养皿,用于组织收集 |
| 无菌镊子 | Sklar | 96-1719 | 无菌持针钳,带齿,用于组织操作 |
| 无菌纱布 | Dukal Corporation | 7060033 | 无菌纱布垫,用于消毒和擦拭 |
| 无菌眼科剪 | Sklar | 10023-580 | Vannas型弹簧剪,用于将组织剪切成1-2 mm³小块 |
| 无菌剃刀 | 3M | 9681 | 外科准备用剃刀,用于手术区域脱毛 |
| 无菌手术刀 | Integra Miltex | 4-415 | 无菌一次性手术刀,用于切口 |
| 无菌手术剪 | Sklar | 10022-580 | Merit无菌虹膜剪,用于解剖血管和结缔组织 |
| T25细胞培养瓶 | Corning | 430639 | Falcon T25细胞培养瓶,带透气盖,无菌 |
| 曲拉通X-100(0.1%) | Sigma-Aldrich | T8787 | 实验室级,用于细胞通透化 |
| 台盼蓝 | Gibco, Thermo Fisher Scientific | 15250061 | 0.4%溶液,用于细胞活力计数。 |
| 胰蛋白酶-EDTA(0.25%) | Gibco | 25200056 | 0.25%胰蛋白酶,1 mM EDTA,用于ADSC消化 |
| β-甘油磷酸钠 | Sigma-Aldrich | G9422 | 五水合二钠盐,用于成骨诱导 |
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