Вплив режимів заморожування і складу гелевого носія на збереженість іммобілізованих клітин дріжджів Saccharomyces boulardii

Автор(и)

  • Igor Vysekantsev Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України, м. Харків
  • Valentyna Martsenyuk Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України, м. Харків
  • Iryna Buriak Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України, м. Харків https://orcid.org/0000-0002-1231-3202
  • Tatyana Gurina Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України, м. Харків

DOI:

https://doi.org/10.15407/cryo31.04.343

Ключові слова:

кріоконсервування, іммобілізація клітин, альгінат, диметилсульфоксид, сахароза, Saccharomyces boulardii

Анотація

У роботі досліджували вплив доданих до альгінатного гелю ДМСО і сахарози на життєздатність іммобілізованих клітин дріжджів Saccharomyces boulardii після швидкого та повільного охолодження до –196°С. За допомогою термомеханічного аналізу показано, що під час охолодження до –196°С розчинів 1%-го альгінату натрію з додаванням 20% сахарози або 5% ДМСО термомеханічні криві мали перегини, відповідні кожній складовій розчинів. Фазові перетворення, зумовлені присутністю у розчинах альгінату натрію ДМСО і сахарози, спостерігалися за більш низьких температур, ніж у розчині альгінату натрію без домішок. В експериментах із вивчення життєздатності вільних та іммобілізованих дріжджових клітин після заморожування встановлено, що найвищі показники життєздатності вільних клітин, суспендованих у розчинах альгінату натрію, ДМСО, сахарози, та клітин, іммобілізованих у гелевих гранулах, забезпечувало охолодження зі швидкістю 1 град/хв до –40°С з наступним зануренням у рідкий азот. Після додавання до альгінатного гелю окремо ДМСО та сахарози, а також їх комбінацій показники життєздатності іммобілізованих клітин підвищувалися. Максимальна життєздатність іммобілізованих клітин була в гранулах гелю, який містив наступні комбінації кріопротекторів: 5% ДМСО і 10% сахарози, 5% ДМСО і 20% сахарози, 10% ДМСО і 10% сахарози та 10% ДМСО і 20% сахарози.

 

Probl Cryobiol Cryomed 2021; 31(4): 343–352

Біографії авторів

Igor Vysekantsev, Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України, м. Харків

Відділ кріомікробіології

Valentyna Martsenyuk, Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України, м. Харків

Відділ кріомікробіології

Iryna Buriak , Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України, м. Харків

Відділ кріомікробіології

Tatyana Gurina, Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України, м. Харків

Відділ кріомікробіології

Посилання

Afanas'eva OV. [Microbiological control of bakery production]. Moscow: Pischevaya promyshlennost'; 1976.144 p. Russian.

Barnett J. Beginnings of microbiology and biochemistry: the contribution of yeast research. Microbiology-Sgm. 2003; 149: 557-67. CrossRef

Birger MO, editor. [Handbook of microbiological and virological research methods]. Moscow: Medicine; 1967.456 p. Russian.

Cagol N, Bonani W, Maniglio D, et al. Effect of Cryopreservation on cell-laden hydrogels: comparison of different cryoprotectants. Tissue Eng Part C Methods. 2018; 24(1): 20-31. CrossRef

Calvo TA, Santagapita, P. Physicochemical characterization of alginate beads containing sugars and biopolymers. Journal of Quality and Reliability Engineering [Internet]. 2016 Sep 7 [cited Jul 18 2020]; 2016: 9184039. Available from: https://www.hindawi.com/journals/jqre/2016/9184039/ CrossRef

Colom J, Cano-Sarabia M, Otero J, et al. Microencapsulation with alginate/CaCO. Sci Rep. [Internet]. 2017 Jan 25 [cited Jul 18 2020]; 7: 41441. Available from: https://www.nature.com/articles/srep41441 CrossRef

Demakov VA, Maksimova UG, Maksimov AJ. [Immobilization of microorganism cells: biotechnological aspects]. Biotechnology. 2008 (2): 30-45. Russian.

Dyakov UT, Sergeev SE, editors. [New about the systematics and nomenclature of fungi]. Moscow: National Academy of Mycology. Medicine for everyone; 2003.494 p. Russian.

Gbassi GK, Vandamme T. Probiotic encapsulation technology: from microencapsulation to release into the gut. Pharmaceutics. 2012; 4(1): 149-63. CrossRef

Gujjari P, Muldrow T, Zhou J. Effect of cryopreservation protocols on the phenotypic stability of yeast. Cryoletters. 2010; 31(3): 261-7. PubMed

Gurina TM, Kirilyuk AL. Temperature ranges of phase transformations in the cryoprotective media components determined by thermoplastic deformation method. Problems of Cryobiology. 2012; 22(4): 410-22. Full Text

Gurruchaga H, Saenz Del Burgo L, Hernandez RM, et al. Advances in the slow freezing cryopreservation of microencapsulated cells. J Control Release. 2018; 281: 119-38. CrossRef

Huang H, Choi JK, Rao W, et al. Alginate hydrogel microencapsulation inhibits devitrification and enables large-volume low-CPA cell vitrification. Adv Funct Mater. [Internet]. 2015 Nov 25 [cited Jul 18 2020]; 2015; 25(44): 6939-6850. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4667367/ CrossRef

Lusta KA, Fichte BA. [Methods for determining the viability of microorganisms]. Pushchino: ONTI NTsBI AN USSR; 1990.186 p. Russian.

Manaenkov OV, Sidorov AI, Molchanov VP. [Preparation of multilayer capsules based on chitosan and alginic acid salts for encapsulating phospholipid micelles]. Fine Chemical Technologies. 2010; 5(2): 76-81. Russian.

Murua A, Orive G, Hernandez R, Pedraz J. Cryopreservation based on freezing protocols for the long-term storage of microencapsulated myoblasts. Biomaterials. 2009; 30(20): 3495-501. CrossRef

Osetskyi OI, Hurina TM, inventors; Institute for Problems of Cryobiology and Cryomedicine of the NAS of Ukraine, assignee. [Method for determination of physical condition of solution of cryo-protector in process of freezing heating]. Patent of Ukraine №17624. 1997 MAY 06. Ukraine.

Osetskyi OI, Kyryliuk HL, Hurina TM, inventors; Institute for Problems of Cryobiology and Cryomedicine of the NAS of Ukraine, assignee. [Method for analyzing cryoprotector solution in freezing]. Patent of Ukraine №26502. 2007 SEP 25. Ukraine.

Peek LJ, Middaugh CR, Berkland C. Nanotechnology in vaccine delivery. Adv Drug Deliv Rev. 2008; 60(8): 915-28. CrossRef

Ponomareva VL, Kuleshova LG, Vysekantsev IP, et al. Kinetics of phase transformations during cooling-warming of Saccharomyces cerevisiae cells in alginate-containing cryoprotective media. Probl Cryobiol Cryomed. 2018; 28(3): 212-23. CrossRef

Rodriguez S, Tuli R, Wheeler A, et al. Current perspective and advancements of alginate-based transplantation technologies. In: Pereira L, editor: Alginates - recent uses of this natural polymer. IntechOpen [Internet]. 2019 Jun 22 [cited Jul 18 2020]; Chapter 3. Available from: https://www.intechopen.com/chapters/67763. CrossRef

Solanki HK, Pawar DD, Shah DA, et al. Development of microencapsulation delivery system for long-term preservation of probiotics as biotherapeutics agent. Biomed Res Int. [Internet] 2013 Aug 21 [cited Jul 18 2020]; 2013: 620719. Available from: https://www.hindawi.com/journals/bmri/2013/620719/ CrossRef

Tedeschi R, De Paoli P. Collection and preservation of frozen microorganisms. Methods Mol Biol. 2011; 675: 313-26. CrossRef

Teitelbaum BY. [Thermomechanical analysis of polymers]. Moscow: Nauka; 1979. 236 p. Russian.

Tsen JH, Huang HY, Lin YP, King VA. Freezing resistance improvement of Lactobacillus reuteri by using cell immobilization. J Microbiol Methods. 2007; 70(3): 561-4. CrossRef

Yeung TW, Üçok EF, Tiani KA, et al. Microencapsulation in alginate and chitosan microgels to enhance viability of bifidobacterium longum for oral delivery. Front Microbiol. [Internet] 2016 Apr 19 [cited Jul 18 2020]; 7: 494. Available from: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2016.00494/full CrossRef

Zaikov VS, Petrenko YA, Trufanova NA, et al. Effect of cryopreservation using slow freezing or vitrification on viability and metabolic activity of mesenchymal stromal cells encapsulated within alginate spheres with diameter of 1 mm and more. Probl Cryobiol Cryomed. 2014; 24(3): 222-30. CrossRef

Zhang C, Zhou Y, Zhang L, et al. Hydrogel cryopreservation system: an effective method for cell storage. Int J Mol Sci. [Internet] 2018 Oct 25 [cited Jul 18 2020]; 19(11): 3330. Available from: https://www.mdpi.com/1422-0067/19/11/3330 CrossRef

Zhang W, Ren X, He J, et al. Application of natural mixed bacteria immobilized carriers to different kinds of organic wastewater treatment and microbial community comparison. J Hazard Mater. 2019; 377: 113-23. CrossRef

Zimmermann H, Ehrhart F, Zimmermann D, et al. Hydrogel-based encapsulation of biological, functional tissue: fundamentals, technologies and applications. Appl Phys A. 2007; 89(4): 909-22. CrossRef

Żur J, Wojcieszyńska D, Guzik U. Metabolic responses of bacterial cells to immobilization. Molecules [Internet]. 2016 Jul 22 [cited Jul 18 2020]; 21(7): 958. Available from: https://www.mdpi.com/1420-3049/21/7/958 CrossRef

Downloads

Опубліковано

2021-12-24

Як цитувати

Vysekantsev, I., Martsenyuk, V., Buriak , I., & Gurina, T. (2021). Вплив режимів заморожування і складу гелевого носія на збереженість іммобілізованих клітин дріжджів Saccharomyces boulardii . Проблеми кріобіології і кріомедицини, 31(4), 343–352. https://doi.org/10.15407/cryo31.04.343

Номер

Розділ

Кріоконсервування біологічних систем