Теоретична оцінка оптимальної лінійної швидкості охолодження суспензії клітин PK-15
DOI:
https://doi.org/10.15407/cryo31.03.214Ключові слова:
клітини PK-15, двохфакторна теорія кріопошкодження, внутрішньоклітинна кристалізація, ефекти розчину, фізико-математична модельАнотація
На збереженість клітин у процесі кристалізації клітинної суспензії впливають два типи пошкоджуючих чинників. Перший тип кріопошкоджень виникає під час кристалізації позаклітинного середовища і викликаний зневодненням клітин, підвищенням концентрації та іонної сили поза- та внутрішньоклітинних розчинів. При збільшенні швидкості охолодження ступінь пошкоджень першого типу зменшується внаслідок скорочення часу дії пошкоджуючих чинників. Другий тип кріопошкодження – внутрішньоклітинна кристалізація, ймовірність якої зростає за високих швидкостей охолодження, вважається максимально згубною для клітин. У роботі визначено оптимальну лінійну швидкість охолодження клітин PK-15 за допомогою фізико-математичної моделі, яка описує ймовірність кріопошкодження клітин при лінійному режимі заморожування та ґрунтується на двохфакторній теорії кріопошкодження, термодинамічній теорії гомогенної кристалізації та загальній теорії процесів активаційного типу. Результати розрахунку показали, що в діапазоні швидкостей охолодження 2,5°С/хв – переважно в результаті внутрішньоклітинної кристалізації. Залежність відсотка пошкоджених клітин від швидкості охолодження має порівняно широкий мінімум в діапазоні швидкостей охолодження 0,5…2,5 °С/хв.
Probl Cryobiol Cryomed 2021; 31(3): 214-222
Посилання
Chang T, Zhao G. Ice Inhibition for cryopreservation: materials, strategies, and challenges. Adv Sci (Weinh). 2021; 8(6): 2002425.
Fahy GM, Wowk B. Principles of ice-free cryopreservation by vitrification. Methods Mol Biol. 2021; 2180: 27-97.
Gordiyenko YeО, Gordiyenko OI, Maruschenko VV, et al. An improved model of passive mass transfer across the plasma membrane of the cell. Biophys Bull. 2008; 21(2): 75- 80.
Gordiyenko OI, Kovalenko SYe, Kovalenko IF, et al. Theoretical estimation of the optimum cooling rate of a cell suspension at linear freezing modes based on a two factor theory of cryodamage. CryoLetters. 2018; 39(6): 380-5.
Hunt CJ. Cryopreservation: vitrification and controlled rate cooling. Methods Mol Biol. 2017; 1590: 41-77.
Landau LD, Lifshitz EM [Statistical physics]. Moskow: Nauka; 1976. 584с. Russian.
Li R. , Yu G., Azarin SM, Hubel A. Freezing responses in DMSO-based cryopreservation of human iPS cells: aggregates versus single cells. Tissue Eng Part C Methods. 2018; 24(5):289-99.
Mazur P. Theoretical and experimental effects of cooling and warming velocity on the survival of frozen and thawed cells. Cryobiology. 1966; 2: 181-92.
Mazur P. The role of intracellular freezing in the death of cells at supraoptimal rates. Cryobiology. 1977; 14(2): 251-72.
Mazur P. Freezing of living cells: mechanisms and implications. Am J Cell Physiol. 1984; 247(3): 125-42.
Mazur P, Leibo SP, Chee EHY. A two factors hypothesis of freezing injury. Cell Res. 1972; 71: 345-85.
Moussa M, Dumont F, Ferrier-Cornet JM. Cell inactivation and membrane damage after long-term treatments at sub-zero temperature in the supercooled and frozen states. Biotechnol Bioeng. 2008; 101(6): 1245-55.
Pegg DE. Principles of cryopreservation. Methods Mol Biol. 2015; 1257: 3-19.
Poisson JS, Acker JP, Briard JG, et al. Modulating intracellular ice growth with cell-permeating small-molecule ice recrystallization inhibitors Langmuir. 2019; 35(23): 7452-58.
Todrin AF, Popivnenko LI, Kovalenko SYe. Therm physical properties of cryoprotectants. I. Temperature and heat of melting. Problems of Cryobiology. 2009; 19(2): 163-76.
Wesley-Smith J, Walters C, Pammenter NW, Berjak P. Why is intracellular ice lethal? A microscopical study showing evidence of programmed cell death in cryo-exposed embryonic axes of recalcitrant seeds of Acer saccharinum. Ann Bot. 2015; 115(6): 991-1000.
William N, Acker JP. Transient loss of membrane integrity following intracellular ice formation in dimethyl sulfoxidetreated hepatocyte and endothelial cell monolayers. Cryobiology. 2020; 97: 217-21.
Yu G, Yap YR, Pollock K, Hubel A. Characterizing intracellular ice formation of lymphoblasts using low-temperature Raman Spectroscopy. Biophys J. 2017; 112(12): 2653-63
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
