Biopolym. Cell. 2024; 40(1):37-46.
http://dx.doi.org/10.7124/bc.000AAC
Молекулярна та клітинна біотехнології
Дослідження фізичних процесів, що відбуваються у кріопротекторних середовищах, які містять сироватку та у безсироваткових середовищах, які включають водорозчинні полімери
1Пахомов О. В., 1Гуріна Т. М., 1Полякова А. Л., 2Мазаєва В. С., 3Денг Б., 1Божок Г. А.
  1. Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України
    23, Переяслівська вул., Харків, Україна, 61016
  2. Відділ дослідження технології переробки олії і жирів Українського науково-дослідного інституту олії і жирів НААН України
    2а, проспект Дзюби, Харків, Українав, 61019
  3. Кафедра фізіології, Хенанський університет науки і технологій
    263, вул. Кайан, Лоян, Китайська народна республіка, 471023

Abstract

Мета. Дослідити механізми кріопротекції середовищ, доповнених полімерами (декстран (Дек), гідроксіетилкрохмаль (ГЕК), поліетиленгліколь (ПЕГ)) або фетальною бичачою сироваткою (ФБС). Методи. Диференціальна сканувальна калориметрія (ДСК) і термомеханічний аналіз (ТМА) кріопротекторних середовищ, що містять сироватку,а такожсередовищ, що не містять сироватку або її компоненти, але включають полімери. Результати. Комбінації диметилсульфоксиду (Me2SO) з ФБС або полімерами в кріопротекторних середовищах здатні сприяти утворенню аморфної фази, пригнічувати евтектичну кристалізацію/плавлення та рекристалізацію. Середовище, доповнене 0,7 М Me2SO і 100 мг/мл Дек (0,7Me2SO+Dex), було кращим порівняно з іншими композиціями. Воно також мало оптимальну температуру склування (-26…-21°C). Ця характеристика корелювала з високою життєздатністю клітин яєчка після кріоконсервування. Висновки. Механізм кріозахисту залежить не тільки від концентрації кріопротекторів, таких як Me2SO, полімерів або ФБС, але також від складу кріопротекторів. Середовище 0,7Me2SO+Dex може бути основою для створення комерційних безсироваткових кріопротекторних середовищ із визначеним стабільним складом, який не вимагає видалення Me2SO перед використанням кріоконсервованих клітин або тканин для культивування, трансплантації та трансфузії.
Keywords: безсироваткові середовища, декстран, гідроксиетилкрохмаль, поліетиленгліколь, диференціальна сканувальна калориметрія, кріоконсервування
Повний текст: (PDF, англійською)

References

[1] Mazur P, Leibo SP, Chu EH. A two-factor hypothesis of freezing injury. Evidence from Chinese hamster tissue-culture cells. Exp Cell Res. 1972; 71(2):345-55.
[2] Pribor DB. PVP contrasted with dextran and a multifactor theory of cryoprotection. Cryobiology. 1974; 11(1):60-72.
[3] Hutka M, Smith LB, Mitchell RT. Xenotransplantation as a model for human testicular development. Differentiation. 2017; 97:44-53.
[4] Morrell JM, Mayer I. Reproduction biotechnologies in germplasm banking of livestock species: a review. Zygote. 2017; 25(5):545-57.
[5] Schlatt S, Honaramooz A, Boiani M, Schöler HR, Dobrinski I. Progeny from sperm obtained after ectopic grafting of neonatal mouse testes. Biol Reprod. 2003; 68(6):2331-5.
[6] Holoch P, Wald M. Current options for preservation of fertility in the male. Fertil Steril. 2011; 96(2):286-90.
[7] Kirpatovskii VI, Efremov GD, Frolova EV. Ectopic Organogenesis after Allotransplantation of Freshly Removed or Cryopreserved Neonatal Testicle under the Renal Capsule in Rats. Bull Exp Biol Med. 2018; 166(2):268-73.
[8] Dinkins MB, Brackett BG. Chlortetracycline staining patterns of frozen-thawed bull spermatozoa treated with beta-cyclodextrins, dibutyryl cAMP and progesterone. Zygote. 2000; 8(3):245-56.
[9] Dokras A, Sargent IL, Redman CW, Barlow DH. Sera from women with unexplained infertility inhibit both mouse and human embryo growth in vitro. Fertil Steril. 1993; 60(2):285-92.
[10] González Hernández Y, Fischer RW. Serum-free culturing of mammalian cells--adaptation to and cryopreservation in fully defined media. ALTEX. 2007; 24(2):110-6.
[11] Hinckley GT, Johnson CJ, Jacobson KH, Bartholomay C, McMahon KD, McKenzie D, Aiken JM, Pedersen JA. Persistence of pathogenic prion protein during simulated wastewater treatment processes. Environ Sci Technol. 2008; 42(14):5254-9.
[12] Kemmann E. Creutzfeldt-Jakob disease (CJD) and assisted reproductive technology (ART). Quantification of risks as part of informed consent. Hum Reprod. 1998; 13(7):1777.
[13] Leung PC, Gronow MJ, Kellow GN, Lopata A, Speirs AL, McBain JC, du Plessis YP, Johnston I. Serum supplement in human in vitro fertilization and embryo development. Fertil Steril. 1984; 41(1):36-9.
[14] Léveillé MC, Carnegie J, Tanphaichitr N. Effects of human sera and human serum albumin on mouse embryo culture. J Assist Reprod Genet. 1992; 9(1):45-52.
[15] Snyman E, Van der Merwe JV. Endotoxin-polluted medium in a human in vitro fertilization program. Fertil Steril. 1986; 46(2):273-6.
[16] Zhou EH, Trepat X, Park CY, Lenormand G, Oliver MN, Mijailovich SM, Hardin C, Weitz DA, Butler JP, Fredberg JJ. Universal behavior of the osmotically compressed cell and its analogy to the colloidal glass transition. Proc Natl Acad Sci U S A. 2009; 106(26):10632-7.
[17] Pakhomov O, Gurina T, Mazaeva V, Polyakova A, Deng B, Legach E, Bozhok G. Phase transitions and mechanisms of cryoprotection of serum-/xeno-free media based on dextran and dimethyl sulfoxide. Cryobiology. 2022; 107:13-22.
[18] Keros V, Hultenby K, Borgström B, Fridström M, Jahnukainen K, Hovatta O. Methods of cryopreservation of testicular tissue with viable spermatogonia in pre-pubertal boys undergoing gonadotoxic cancer treatment. Hum Reprod. 2007; 22(5):1384-95.
[19] Keros V, Rosenlund B, Hultenby K, Aghajanova L, Levkov L, Hovatta O. Optimizing cryopreservation of human testicular tissue: comparison of protocols with glycerol, propanediol and dimethylsulphoxide as cryoprotectants. Hum Reprod. 2005; 20(6):1676-87.
[20] Chen GR, Ge RS, Lin H, Dong L, Sottas CM, Hardy MP. Development of a cryopreservation protocol for Leydig cells. Hum Reprod. 2007; 22(8):2160-8.
[21] Bakaltcheva I, Ganong JP, Holtz BL, Peat RA, Reid T. Effects of high-molecular-weight cryoprotectants on platelets and the coagulation system. Cryobiology. 2000; 40(4):283-93.
[22] Prickett RC, Marquez-Curtis LA, Elliott JA, McGann LE. Effect of supercooling and cell volume on intracellular ice formation. Cryobiology. 2015; 70(2):156-63.
[23] Stolzing A, Naaldijk Y, Fedorova V, Sethe S. Hydroxyethylstarch in cryopreservation - mechanisms, benefits and problems. Transfus Apher Sci. 2012; 46(2):137-47.
[24] Takahashi T, Hirsh A, Erbe E, Williams RJ. Mechanism of cryoprotection by extracellular polymeric solutes. Biophys J. 1988; 54(3):509-18.
[25] Abir F, Barkhordarian S, Sumpio BE. Efficacy of dextran solutions in vascular surgery. Vasc Endovascular Surg. 2004; 38(6):483-91.
[26] Nolan J. Fluid resuscitation for the trauma patient. Resuscitation. 2001; 48(1):57-69.
[27] Sun G, Mao JJ. Engineering dextran-based scaffolds for drug delivery and tissue repair. Nanomedicine (Lond). 2012; 7(11):1771-84.
[28] Pribor DB, Pribor HC. Studies with dextran 40 in cryopreservation of blood. Cryobiology. 1973; 10(2):93-103.
[29] Gurina TM, Pakhomov AV, Kyryliuk AL, Bozhok GA. Development of a cryopreservation protocol for testicular interstitial cells with the account of temperature intervals for controlled cooling below -60°C. Cryobiology. 2011; 62(2):107-14.
[30] Gurina TM, Pakhomov AV, Polyakova AL, Legach EI, Bozhok GA. The development of the cell cryopreservation protocol with controlled rate thawing. Cell Tissue Bank. 2016; 17(2):303-16.
[31] Han B, Bischof JC. Thermodynamic nonequilibrium phase change behavior and thermal properties of biological solutions for cryobiology applications. J Biomech Eng. 2004; 126(2):196-203.
[32] Uversky VN, Finkelstein AV. Life in Phases: Intra- and Inter- Molecular Phase Transitions in Protein Solutions. Biomolecules. 2019; 9(12):842.
[33] Meneghel J, Kilbride P, Morris JG, Fonseca F. Physical events occurring during the cryopreservation of immortalized human T cells. PLoS One. 2019; 14(5):e0217304.
[34] Pullara F, Emanuele A, Palma-Vittorelli MB, Palma MU. Protein aggregation/crystallization and minor structural changes: universal versus specific aspects. Biophys J. 2007; 93(9):3271-8.
[35] Klbik I, Čechová K, Maťko I, Lakota J, Šauša O. On crystallization of water confined in liposomes and cryoprotective action of DMSO. RSC Adv. 2022; 12(4):2300-9.