Kryokonzervace buněk a buněčných linií je klíčovou technikou v 3D buněčné kultivaci. Chrání buňky, tkáně, organoidy a další biologické konstrukty pomocí ochlazování buněk na extrémně nízké teploty. Kritický je pro udržení životaschopnosti buněk způsob tvorby ledu a rozmrazování.
Podle recenze publikované v Integrative Medicine Research je úspěšnost této techniky vyšší než kdy jindy díky vybavení sloužícímu k regulaci teploty a kryoprotektivních látek (CPAs).
Jak funguje kryokonzervace?
Kryokonzervace zahrnuje kombinaci kryoprotektivních látek (CPAs) s buňkami před jejich ochlazením, následným zmrazením a uskladněním. Pokud jsou buňky rychle zmrazeny, tvorba ledových krystalů, poškození membrány a osmotický šok mohou způsobit smrt buněk. Je tedy zásadní pomalejší zmrazování. CPAs se používají k ovlivnění rychlosti přenosu vody, růstu ledových krystalů a nukleace.
CPA snižují poškození buněk a tkání během procesu zmrazování a rozmrazování. Buňky jsou skladovány v kryogenních skladovacích nádobách, jako jsou např. mrazicí nádoby neobsahující alkohol Corning® CoolCell®. Když je proces proveden správně, je jemná struktura buněk zachována a buňky mohou být rozmrazeny a zůstat životaschopné.
Kryokonzervace 3D buněčných kultur
Všechny kultury, jako jsou organoidy, přicházejí s významnými výzvami. Dlouhodobé skladování organoidů by umožnilo další vývoj technologie organoidů a translaci do klinické medicíny, ale tvorba ledových krystalů zmrazení složitých tkání ztěžuje.
Organoidy
V současné praxi jsou buňky, včetně organoidů, zmrazeny v médiu s kryoprotektivem a vysokými koncentracemi séra, teplota chlazení je snižována pomalu – přibližně o 1 °C za minutu. Zatímco zdlouhavý proces zmrazování může zabránit tvorbě ledu, podle studie publikované v Advanced Biosystems je tvorba krystalů z devitrifikace stále problémem, který může poškodit buňky a narušit interakce mezi buňkami.
Výzkumníci provádějící studii vyvinuli rozšiřitelnou organoidní kulturu a kryokonzervační systém založený na hydrogelových kapslích obklopujících jádro matice Corning® Matrigel® s alginátovým obalem. Tento systém umožnil lepší rychlost zotavení buněk z toho důvodu, že hydrogelové vrstvy, jak vědci předpokládali, chránily organoidy před mechanickým poškozením během procesů zmrazování a rozmrazování.
Gelové systémy
Studie v International Journal of Molecular Science hodnotila přírodní polymerní hydrogelové systémy, syntetické polymerní hydrogelové systémy a supramolekulární hydrogelové systémy jako kanály pro kryokonzervaci. Hydrogelové systémy nabízejí vynikající biokompatibilitu díky svým unikátním 3D strukturám.
Přírodní hydrogelový systém zapouzdřil výchozí buňku chitosanem nebo alginátem a minimalizoval poškození buněk tím, že tvorba krystalů ledu probíhala ve struktuře hydrogelu. Syntetický polymerní hydrogel fungoval dobře, ale autoři předpokládali, že jeho silná chemická vazba může ztěžovat odstraňování buněk po rozmrazení.
Praktické aplikace
Ve studii Advanced Biosystems kapslový systém typu core-shell umožnil rozšiřitelnou produkci střevních organoidů a chránil organoidy před mechanickým poškozením během kryokonzervace.
Dlouhodobé skladování organoidů a dalších 3D buněčných kultur umožňuje, aby byly snadno dostupné pro distribuci pro výzkum a klinickou transplantaci.
(Převzato od společnosti Corning, redakčně upraveno.)