Ten manuskrypt opisuje metodę kriokonserwacji bez lodu dla dużych ilości hepatocytów szczurów, dzięki której komórki pierwotne są wstępnie inkubowane środkami krioprotrotacyjnymi o niskim stężeniu i zeszklone w dużych kropelkach.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ten manuskrypt opisuje metodę kriokonserwacji bez lodu dla dużych ilości hepatocytów szczurów, dzięki której komórki pierwotne są wstępnie inkubowane środkami krioprotrotacyjnymi o niskim stężeniu i zeszklone w dużych kropelkach.
Witryfikacja jest obiecującą alternatywą dla klasycznej kriokonserwacji próbek biologicznych metodą powolnego zamrażania (około 1 °C/min). Witryfikacja wymaga niezwykle szybkiego tempa chłodzenia, aby osiągnąć przejście wody w fazę szklistą, unikając jednocześnie szkodliwego tworzenia się lodu. Chociaż wstępna inkubacja ze środkami krioprotekcyjnymi (CPA) może zmniejszyć krytyczną szybkość chłodzenia próbek biologicznych, na ogół potrzebne są wysokie stężenia, aby umożliwić kriokonserwację bez lodu przez witryfikację. W rezultacie witryfikacja jest utrudniona przez toksyczność CPA i ograniczona do małych próbek, które można szybko schłodzić. Niedawno wykazano, że te nieodłączne ograniczenia można przezwyciężyć poprzez witryfikację kropel luzem. Korzystając z tej nowatorskiej metody, komórki są najpierw wstępnie inkubowane z niskim wewnątrzkomórkowym stężeniem CPA. Wykorzystując szybkie odwodnienie osmotyczne, wewnątrzkomórkowy CPA jest skoncentrowany bezpośrednio przed witryfikacją, bez konieczności pełnego równoważenia toksycznych stężeń CPA. Odwodnienie komórkowe odbywa się w urządzeniu fluidycznym i jest zintegrowane z ciągłym wytwarzaniem dużych kropelek o wysokiej przepustowości, które są zeszklone ciekłym azotem. Ta bezlodowa metoda kriokonserwacji z minimalną toksycznością CPA jest odpowiednia dla dużych ilości komórek i powoduje zwiększoną żywotność hepatocytów i funkcję metaboliczną w porównaniu z klasyczną kriokonserwacją wolno zamrażającą. Niniejszy manuskrypt szczegółowo opisuje metody udanej witryfikacji kropel luzem.
Utrata żywotności komórek i funkcji metabolicznych po kriokonserwacji hepatocytów jest nadal poważnym problemem, który ogranicza zastosowania kliniczne1,2,3. Wzorcową metodą kriokonserwacji hepatocytów jest powolne zamrażanie, które polega na wstępnej inkubacji hepatocytów z CPA (dimetylosulfotlenek [DMSO], glukoza i albumina), a następnie kontrolowanej szybkości zamrażania (w temperaturze około 1 °C/min) do temperatur kriogenicznych4,5. Pomimo wielu zgłoszonych optymalizacji, toksyczność CPA wraz z szkodliwymi zaburzeniami równowagi osmotycznej podczas zamrażania i mechanicznymi naprężeniami związanymi z tworzeniem się lodu pozostają podstawowymi wadami powolnego zamrażania6,7.
Witryfikacja oferuje przewagę nad powolnym zamrażaniem, ponieważ całkowicie unika się urazów spowodowanych tworzeniem się lodu dzięki bezpośredniemu przejściu fazowemu wody w stan szklany6. Jednak, aby osiągnąć temperaturę zeszklenia czystej wody (-137 °C), woda musi być schładzana z szybkością rzędu miliona stopni Celsjusza na sekundę (tj. krytyczną szybkością chłodzenia), aby uniknąć tworzenia się lodu powyżej temperatury zeszklenia8. Dodanie CPA może obniżyć krytyczną szybkość chłodzenia i zwiększyć temperaturę zeszklenia roztworów wodnych9. Jednak nawet przy wysokich stężeniach CPA (np. 40% v/v DMSO lub wyższych) szybkie szybkości chłodzenia są mimo wszystko wymagane do pomyślnej witryfikacji8,9.
Wymagane szybkości chłodzenia i wysokie stężenia CPA powodują dwie główne wady witryfikacji. Po pierwsze, aby umożliwić szybkie chłodzenie, próbki muszą mieć niską masę termiczną. Po drugie, aby osiągnąć wysokie stężenia CPA przy jednoczesnym uniknięciu uszkodzenia osmotycznego, CPA muszą być powoli wprowadzane i w pełni zrównoważone między przedziałami wewnątrz- i zewnątrzkomórkowymi6. Wydłuża to czas ekspozycji komórek na toksyczne CPA. Razem sprawia to, że witryfikacja jest uciążliwym procesem, który jest ograniczony do kilku małych próbek (mikrolitrów) na raz. Witryfikacja kropelkowa została zaproponowana jako potencjalne rozwiązanie tych ograniczeń. Wystawienie maleńkich kropelek (nanolitrów) zawierających komórki na działanie ciekłego azotu znacznie zwiększa szybkość chłodzenia, co w konsekwencji pozwala na znaczne zmniejszenie stężenia CPA10,11,12,13,14. Chociaż wiele dysz generujących kropelki o wysokiej częstotliwości może być potencjalnie używanych jednocześnie, ekstremalnie mały rozmiar kropli ogranicza przepustowość do mikrolitrów na minutę10, co wyklucza wydajną witryfikację dużych objętości komórek o znacznie większych szybkościach przetwarzania rzędu mililitrów na minutę.
Ostatnio wykazano, że te nieodłączne ograniczenia witryfikacji mogą być pokonane przez witryfikację masowymi kropelkami15. Ta nowatorska metoda wykorzystuje szybkie odwodnienie osmotyczne w celu skoncentrowania wewnątrzkomórkowego stężenia CPA wynoszącego 7,5% v/v glikolu etylenowego i DMSO bezpośrednio poprzedzającego witryfikację, eliminując potrzebę pełnej równowagi toksycznych stężeń CPA. Odwodnienie komórkowe odbywa się w urządzeniu fluidycznym poprzez krótką ekspozycję hepatocytów na wysokie zewnątrzkomórkowe stężenie CPA. Chociaż ta ekspozycja powoduje szybkie odwodnienie osmotyczne, jest zbyt krótka, aby wysokie stężenie CPA mogło dyfundować do komórek. Natychmiast po odwodnieniu komórki są ładowane kropelkami, które są bezpośrednio zeszklone w ciekłym azocie. Metoda ta eliminuje potrzebę pełnego wewnątrzkomórkowego wychwytu wysokich stężeń CPA, podczas gdy wysokie zewnątrzkomórkowe stężenie CPA umożliwia witryfikację kropelek o dużych rozmiarach, co skutkuje dużą przepustowością przy minimalnej toksyczności CPA.
Witryfikacja kropel poprawia bezpośrednią i długoterminową żywotność po konserwacji, a także morfologię i funkcję metaboliczną pierwotnych hepatocytów szczurów w porównaniu z klasyczną kriokonserwacją przez powolne zamrażanie15. Niniejszy manuskrypt zawiera szczegóły metodologiczne dotyczące witryfikacji pierwotnych hepatocytów szczurów za pomocą kropelek masowych.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Podstawowe izolacje hepatocytów dla tego protokołu zostały przeprowadzone przez Cell Resource Core (CRC) w Massachusetts General Hospital, Boston, Massachusetts, USA. Protokół dla zwierząt (#2011N000111) został zatwierdzony przez Instytucjonalny Komitet ds. Opieki i Wykorzystania Zwierząt (IACUC) Szpitala Ogólnego w Massachusetts.
1. Witryfikacja kropelek
2. Przechowywanie kriogeniczne
3. Podgrzewanie zeszklonych kropelek hepatocytów
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Do bezpośredniego porównania witryfikacji dużych kropli z klasyczną krio konserwacją, z wykorzystaniem czołowych protokołów powolnego zamrażania opisanych w literaturze4,5, użyto świeżo wyizolowanych pierwotnych hepatocytów z pięciu różnych wątrób szczurzych. W skrócie, hepatocyty zawieszono w roztworze UW uzupełnionym o BSA (2,2 mg/mL), glukozę (333 mM) i DMSO (10% v/v), a następnie zamrożono w zamrażarce o kontrolowanej szybkości schładzania. Po przechowywaniu ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Kriokonserwacja hepatocytów poprzez powolne zamrażanie powoduje zmniejszenie żywotności i funkcji metabolicznych. Witryfikacja stanowi obiecującą alternatywę dla klasycznej kriokonserwacji, ponieważ całkowicie unika się uszkodzeń spowodowanych zamarznięciem9. Jednak wstępna inkubacja z CPA jest wymagana w celu obniżenia krytycznej szybkości chłodzenia8. W związku z tym witryfikacja jest utrudniona ze względu na toksyczność CPA17 i ograniczona do mały...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy deklarują konkurencyjne interesy finansowe. Doktorzy de Vries, Weng, Toner, Tessier i Uygun mają tymczasowe wnioski patentowe związane z tym badaniem. Dr Uygun ma udziały finansowe w Organ Solutions, firmie zajmującej się rozwojem technologii konserwacji narządów. Wszystkie interesy badaczy są zarządzane przez MGH and Partners HealthCare zgodnie z ich polityką przeciwdziałania konfliktowi interesów.
Finansowanie z amerykańskich Narodowych Instytutów Zdrowia (R01DK096075, R01DK107875 i R01DK114506) oraz Departamentu Obrony USA (DoD RTRP W81XWH-17-1-0680) jest bardzo doceniane.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| BD Jednorazowe strzykawki 3 ml z końcówkami Luer-Lok | Fisher Scientific | 14-823-435 | |
| Zlewka | Sigma-Aldrich | CLS1000-250 | |
| Belzer UW Roztwór do chłodni | Bridge to Life | BUW-001 | |
| Albumina surowicy bydlęcej | Sigma-Aldrich | A7906 | |
| Cole-Parmer żeński Luer do 1/16" niskoprofilowej półsztywnej króćca rurki, PP | Cole-Parmer | EW-45508-12 | |
| Kriogeniczny zbiornik do przechowywania / Wykres Cryotank | Industries | MVE 800 | |
| Dimetylosulfotlenek | Sigma-Aldrich | D8418 | |
| DMEM, proszek, wysoka zawartość glukozy, pirogronian | Life Technologies | 12800-082 | |
| Glikol etylenowy | Sigma-Aldrich | 107-21-1 | |
| Bardzo długie kleszcze | Fisher Scientific | 10-316C | |
| Fisherbrand Szybkobieżne, łatwe do odczytania plastikowe probówki wirówkowe - płaskie zamknięcie | Fisher Scientific | 06-443-18 | |
| Żyłka wędkarska | Stren | SOFS4-15 | |
| Ciekły azot | Airgas | 7727-37-9 | |
| Rurki silikonowe utwardzane platyną Masterflex L/S, L/S 14 | Cole-Parmer | EW-96410-14 | |
| Mieszaj końcówki, do użytku z 3HPW1 | Grainger | 3WRL7 | |
| Nalgene Lejek do proszku polipropylenowego | ThermoFisher | 4252-0100 | |
| Igła 20 ga | Becton Dickinson (BD) | 305175 | |
| Parafilm M - Elastyczna folia | Sigma-Aldrich | P7793-1EA | |
| Żyletka | Fisher Scientific | 12-640 | |
| Szpatułka | Cole-Parmer | EW-06369-18 | Sterylny filtr |
| Steriflip | Fisher Scientific | SE1M179M6 | |
| Sacharoza (krystaliczna/certyfikowana ACS) | Fisher Scientific | S5-500 | |
| Pompa strzykawkowa | New Era Pump Systems Inc. | NE-1000 | |
| Termos Stołowy pojemnik na ciekły azot | ThermoFisher | 2122 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.