細胞の濃縮と細胞分離法の最適化は、多くの研究者にとって重要な役割を担っています。様々なタイプの細胞を分離するための様々なアプローチが存在し、適切な方法の選択はしばしば細胞タイプや細胞サブセットに依存します。細胞を分離するための、より迅速で費用効果の高い方法の一つは密度勾配遠心法です。個々の血液成分の密度の違いに基づき、適切な密度勾配培地を用いた一段階の遠心分離によって、これらの成分を分離することができます。この技術は、遠心中に密度の異なる粒子は沈降速度が異なるという事実に基づいています。赤血球のような重い粒子は早く沈降し、血小板のような軽い細胞はゆっくり沈降します。下図は血液中の最も重要な細胞集団の分布を示しています。赤血球の密度が最も高く、血小板の密度が最も低い。
Verteilung von Blutzellen in Abhängigkeit von der Dichte
Die folgende Abbildung zeigt die Verteilung von Blutzellen in Abhängigkeit von deren Dichte. Thrombozyten (1) haben die geringste Dichte, Erythrozyten (2) die höchste Dichte. Zudem ist die Anzahl der Zellen pro Population dargestellt. Erythrozyten stellen die größte Population, Thrombozyten die zweitgrößte Population dar.
図：血液は主に以下の細胞集団から構成されています：血小板（1）、単球（2）、リンパ球（3）、好塩基球顆粒球（4）、好中球顆粒球（5）、好酸球顆粒球（6）、赤血球（7）。細胞集団は密度と細胞数が異なります。細胞集団の密度の違いは、密度培地を用いた濃縮に利用できます。
Tabelle: Dichtebereiche von Blutzellen
タイプ | 血球 | 密度(g/ml) |
1 | 血小板 | 1,050 - 1,070 |
2 | 単球 | 1,060 - 1,068 |
3 | リンパ 球 | 1,067 - 1,077 |
4 | 好塩基性顆粒球 | 1,072 - 1,081 |
5 | 好中球顆粒球 | 1,079 - 1,098 |
6 | 好酸球顆粒球 | 1,089 - 1,095 |
7 | 赤血球 | 1,090 - 1,100 |
Wie man aus der Abbildung und der Tabelle sehen kann, ist die Dichte der Zellen bzw. Zellpopulationen eine Verteilung um einen Mittelwert. Zudem überschneiden sich die Dichten der unterschiedlichen Zellpopulationen. Der Bereich als auch die Verteilung um den Mittelwert sind keinen festen Größen. Schwankungen in der Dichte kann durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden. Ein wichtigster Einflussfaktoren auf die Dichte der Zellen ist die Hydratisierung der Zellen. Ein weiterer wichtiger Einflussfaktor auf die Dichte der Vollblutzellen, ist die Zeit außerhalb des Spenderorganismus.
Verwendung von Dichte-Gradienten-Medien für die Dichte-Gradienten-Zentrifugation
Mit dem Wissen um die Dichte von Blutzellen ist es möglich, verschiedene Zellpopulationen gezielt anzureichern. Dabei kommen Dichte-Gradienten-Medien zum Einsatz – Lösungen mit einer definierten Dichte. Diese Dichte bestimmt die Trenngrenze (Cut-off). Zellen mit einer geringeren Dichte als der Cut-off sammeln sich als Schicht oberhalb des Mediums, während Zellen mit einer höheren Dichte das Trennmedium passieren und sich am Boden des Röhrchens absetzen. Die folgende Abbildung zeigt ein typisches Bild für die Trennung von Vollblut mit einem Trennmedium zur Anreicherung von periphere mononukleäre Blutzellen - kurz PBMC.
Abbildung 2: Verteilung der Schichten nach einer Dichte-Gradienten-Zentrifugation von Vollblut mit PBMC Spin Medium. PBMC (2) sammeln sich zwischen Plasma (1) und Dichtemedium (3). Erythrozyten, Granulozyten und tote Zellen passieren das Medium und werden am Boden des Röhrchens (4) konzentriert.