Detection of bone marrow stem cell differentiation with magnetic levitation

Abstract

Adipocytes are the major energy depots which primarily compose adipose tissue in the body. They are mainly responsible for energy balance and also play a crucial role as endocrine and paracrine cells. Hypertrophy (cell size increase) and hyperplasia (cell number increase) are two mechanisms for adipose tissue growing, relating to some diseases such as obesity, osteoporosis, diabetes and anorexia nervosa. In this context, to detect and identify adipocytes has become critical to determine increase in cell size and cell number, thereby, it facilitates to understand mechanisms and process of adipocyte differentiation and provide to develop therapeutic strategies for the treatment and prevention of obesity and obesity-related diseases. Traditional or advanced techniques used for adipocyte detection and examination are available with their accomplished applications. However, they have some restrictions on adipocyte detection, such as being complicated and expensive operations or causing cell defects. Magnetic levitation is a novel technique with the capability of label-free, density-based detection using the principle of movement of the cells to lower magnetic field region in a paramagnetic medium. In this study, we used magnetic levitation system for detection of adipogenic-differentiated cells in heterogeneous cell populations. Results showed that levitation platform could detect the changes in lipid content of mesenchymal stem cells during adipogenic differentiation. This microfluidic system has a promising future with modification to sort adipogenic cells.

Adipositler vücuttaki adipoz dokuyu oluşturan ana hücrelerdir. Temel görevleri enerji dengesini sağlamak olan bu hücreler, aynı zamanda önemli endokrin ve parakrin fonksiyon gösterirler. Adipoz doku, hiperplazi (hücre sayısında artış) ve hipertropi (hücre boyutunda artış) olmak üzere iki farklı mekanizma ile büyümektedir. Bu iki mekanizma adipojenez sırasındaki anormallikleri tanımlamada önemli parametrelerdir. Adipositlerin tespiti ve mekanizmalarının tanımlanması başta obezite, osteoporoz, diyabet olmak üzere pek çok ilişkili hastalıkların tedavisi için terapötik stratejilerin gelişiminde önemli bir basamaktır. Adiposit tespiti için kullanılan geleneksel veya gelişmiş teknikler başarılı uygulamalarına rağmen pahalı ve zor yöntemler olmaları veya çalışma sırasında hassas adiposit hücrelerinde hasara sebep olmaları gibi bazı kısıtlamalara sahiptirler. Hücrelerin paramanyetik bir ortamda düşük manyetik alana yönelmesi prensibine dayanan manyetik levitasyon sistemi, hücreleri etiketlemeden, yoğunluklarına bağlı olarak ayırt etme olanağı sağlayan yeni bir tekniktir. Bu çalışmada, heterojen bir popülasyondaki adipojenik hücrelerin tespiti için manyetik levitasyon sistemi kullanılmıştır. Sonuçlar, kök hücrelerin adipojenik farklılaşma sürecinde değişen lipit içeriği aracılığıyla adipojenik hücrelerin tespitinin manyetik levitasyon yöntemi ile münkün olduğunu göstermektedir. Ayrıca, mikroakışkan özellliği ile bu sistem, tespiti yapılan adipositlerin ileri çalışmalarda kullanılmak üzere ayrımına da olanak sağlama potansiyeline sahiptir.