The enrichment of cells and the optimization of cell separation methods play a crucial role for many researchers. Various approaches exist for sorting different cell types, and the choice of the appropriate method often depends on the cell type or cell subset. One of the faster and more cost-effective methods for separating cells is density gradient centrifugation. Based on the different densities of the individual blood components, these can be separated by one-step centrifugation with the appropriate density gradient medium. The technique is based on the fact that during centrifugation, particles with different densities have different sedimentation rates. Heavy particles such as erythrocytes sediment quickly, while lighter cells such as thrombocytes sediment more slowly. The following figure shows the distribution of the most important cell populations in blood. Erythrocytes have the highest density and platelets have the lowest density.
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.
Figure: Blood consists mainly of the following cell populations: Thrombocytes (1), monocytes (2), lymphocytes (3), basophil granulocytes (4), neutrophil granulocytes (5), eosinophil granulocytes (6) and erythrocytes (7). The cell populations differ in density and cell number. The different densities of the cell populations can be used for enrichment using density media.
Tabelle: Dichtebereiche von Blutzellen
Typ | Blood Cell | Density (g/ml) |
1 | Thrombocytes | 1,050 - 1,070 |
2 | Monocytes | 1,060 - 1,068 |
3 | Lymphocytes | 1,067 - 1,077 |
4 | Basophilic granulocytes | 1,072 - 1,081 |
5 | Neutrophil granulocyte | 1,079 - 1,098 |
6 | Eosinophil granulocytes | 1,089 - 1,095 |
7 | Erythrocytes | 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.