Выбор условий криоконсервирования мезенхимальных стромальных клеток в суспензии и альгинатных микросферах на основе изучения их осмотических реакций в растворе 1 М ДМСО

Авторы

  • Dmitriy N. Tarusin Институт проблем криобиологии и криомедицины НАН Украины, г. Харьков
  • Vitaliy A. Kireyev Институт проблем криобиологии и криомедицины НАН Украины, г. Харьков
  • Svetlana Ye. Kovalenko Институт проблем криобиологии и криомедицины НАН Украины, г. Харьков
  • Igor F. Kovalenko Институт проблем криобиологии и криомедицины НАН Украины, г. Харьков
  • Leonid F. Rozanov Институт проблем криобиологии и криомедицины НАН Украины, г. Харьков
  • Aleksandr Yu. Petrenko Институт проблем криобиологии и криомедицины НАН Украины, г. Харьков

DOI:

https://doi.org/10.15407/cryo26.02.133

Ключевые слова:

мезенхимальные стромальные клетки, альгинатные микросферы, коэффициент проницаемости, физико-математическая модель

Аннотация

ИÑÑледовали оÑмотичеÑкую реакцию мезенхимальных Ñтромальных клеток (МСК) в ÑуÑпензии и альгинатных микроÑферах (ÐМС) в процеÑÑе ÑкÑпозиции в 1 Ðœ раÑтворе ДМСО, а также их жизнеÑпоÑобноÑÑ‚ÑŒ поÑле криоконÑÐµÑ€Ð²Ð¸Ñ€Ð¾Ð²Ð°Ð½Ð¸Ñ Ñ Ñ€Ð°Ð·Ð½Ð¾Ð¹ ÑкороÑтью охлаждениÑ. Путем чиÑленного Ð¼Ð¾Ð´ÐµÐ»Ð¸Ñ€Ð¾Ð²Ð°Ð½Ð¸Ñ Ð¾Ð¿Ñ€ÐµÐ´ÐµÐ»ÐµÐ½Ñ‹ коÑффициент проницаемоÑти мембран МСК Ð´Ð»Ñ Ð¼Ð¾Ð»ÐµÐºÑƒÐ» воды и ДМСО, а также изменение объема клеток при разных ÑкороÑÑ‚ÑÑ… охлаждениÑ. Показано, что охлаждение Ñо ÑкороÑÑ‚Ñми 0,5 и 1 град/мин до –40°С приводило к ÑущеÑтвенной дегидратации клеток. OÑмотичеÑÐºÐ°Ñ Ñ€ÐµÐ°ÐºÑ†Ð¸Ñ ÐœÐ¡Ðš в ÑоÑтаве ÐМС была медленнее, чем в ÑуÑпензии, что приводило к Ñнижению их жизнеÑпоÑобноÑти поÑле криоконÑÐµÑ€Ð²Ð¸Ñ€Ð¾Ð²Ð°Ð½Ð¸Ñ Ñо ÑкороÑтью Ð¾Ñ…Ð»Ð°Ð¶Ð´ÐµÐ½Ð¸Ñ 1 град/мин. При ÑкороÑти Ð¾Ñ…Ð»Ð°Ð¶Ð´ÐµÐ½Ð¸Ñ 10 град/мин клетки практичеÑки не обезвоживалиÑÑŒ, что предполагало выÑокую вероÑтноÑÑ‚ÑŒ внутриклеточной криÑталлизации. ДейÑтвительно, еÑли жизнеÑпоÑобноÑÑ‚ÑŒ МСК в ÑуÑпензии и ÐМС поÑле криоконÑÐµÑ€Ð²Ð¸Ñ€Ð¾Ð²Ð°Ð½Ð¸Ñ Ñ 1 Ðœ ДМСО Ñо ÑкороÑÑ‚Ñми Ð¾Ñ…Ð»Ð°Ð¶Ð´ÐµÐ½Ð¸Ñ 0,5 и 1 град/мин ÑоÑтавлÑла не менее 75%, то криоконÑервирование Ñо ÑкороÑÑ‚Ñми Ð¾Ñ…Ð»Ð°Ð¶Ð´ÐµÐ½Ð¸Ñ 10 и 20 град/мин приводило к гибели около 80% клеток. ТеоретичеÑкий раÑчет и ÑкÑпериментальные иÑÑÐ»ÐµÐ´Ð¾Ð²Ð°Ð½Ð¸Ñ Ð¿Ð¾ÐºÐ°Ð·Ð°Ð»Ð¸, что Ð´Ð»Ñ Ð´Ð¾ÑÑ‚Ð¸Ð¶ÐµÐ½Ð¸Ñ Ð²Ñ‹Ñоких уровней жизнеÑпоÑобноÑти криоконÑервирование МСК в ÑоÑтаве ÐМС необходимо оÑущеÑтвлÑÑ‚ÑŒ Ñ Ð±Ð¾Ð»ÐµÐµ низкими ÑкороÑÑ‚Ñми охлаждениÑ, чем клеток в ÑуÑпензии.

Биографии авторов

Dmitriy N. Tarusin, Институт проблем криобиологии и криомедицины НАН Украины, г. Харьков

Отдел криобиохимии

Vitaliy A. Kireyev, Институт проблем криобиологии и криомедицины НАН Украины, г. Харьков

Отдел низкотемпературного конÑервированиÑ

Svetlana Ye. Kovalenko, Институт проблем криобиологии и криомедицины НАН Украины, г. Харьков

Отдел низкотемпературного конÑервированиÑ

Igor F. Kovalenko, Институт проблем криобиологии и криомедицины НАН Украины, г. Харьков

Отдел низкотемпературного конÑервированиÑ

Leonid F. Rozanov, Институт проблем криобиологии и криомедицины НАН Украины, г. Харьков

Отдел низкотемпературного конÑервированиÑ

Aleksandr Yu. Petrenko, Институт проблем криобиологии и криомедицины НАН Украины, г. Харьков

Отдел криобиохимии

Библиографические ссылки

Bezugly N.D., Ostashko F.I., Volkova E.G. et al. Volumetry as a method for studying the permeability of the egg and mammalian embryos membrane. Nauchn.-Tekhn. Bull. NIIZH L and P of the Ukrainian SSR 1986; 34: 25–34.

Blandino A., Macias M., Cantero D. Formation of calcium alginate gel capsules: Influence of sodium alginate and CaCl2 concentration on gelation kinetics. J Biosci Bioeng. 1999; 88(6): 686–689. CrossRef

Chang T.M. Semipermeable microcapsules. Science 2014; 146(3643): 524–525. CrossRef

Chernobai N.A., Pakhomov A.V., Kovalenko I.F. et al. Temperature dependence of testes intersticium cell membrane permeability for cryoprotectant molecules. Problems of Cryobiology 2010; 20(2): 153–158.

Covas D.T., Panepucci R.A., Fontes A.M. et al. Multipotent mesenchymal stromal cells obtained from diverse human tissues share functional properties and gene-expression profile with CD146+ perivascular cells and fibroblasts. Exp Hematol 2008; 36(5): 642–654. CrossRef PubMed

Dandoy P., Meunier C.F., Leroux G. et al. A hybrid assembly by encapsulation of human cells within mineralised beads for cell therapy. PLoS One 2013; 8(1): 1–8. CrossRef PubMed

de Vos P., Faas M.M., Strand B. et al. Alginate-based microcapsules for immunoisolation of pancreatic islets. Biomaterials 2006; 27(32): 5603–5617. CrossRef PubMed

Gharravi A.M., Orazizadeh M., Ansari-Asl K. et al. Design and fabrication of anatomical bioreactor systems containing alginate scaffolds for cartilage tissue engineering. Avicenna J Med Biotechnol. 2012; 4(2): 65–74. PubMed

Gordienko E.A., Pushkar N.S. Physical grounds of low temperature preservation of cellular suspensions. Kiev: Nauk. Dumka 1994.

Gryshkov O., Pogozhykh D., Hofmann N. et al. Encapsulating non-human primate multipotent stromal cells in alginate via high voltage for cell-based therapies and cryopreservation. PLoS One 2014; 9(9): 1–12. CrossRef PubMed

Gryshkov O., Pogozhykh D., Zernetsch H. et al. Process engi-neering of high voltage alginate encapsulation of mesenchymal stem cells. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2014; 36: 77–83. CrossRef PubMed

Hunt N.C., Shelton R.M., Grover L.M. Reversible mitotic and meta-bolic inhibition following the encapsulation of fibroblasts in alginate hydrogels. Biomaterials 2009; 30(32): 6435–6443. CrossRef PubMed

Lim F., Sun A. Microencapsulated islets as bioartificial endocrine pancreas. Science 1980; 210(4472): 908–910. CrossRef

Machluf M., Orsola A., Boorjian S. et al. Microencapsulation of Leydig cells: a system for testosterone supplementation. Endocrinology 2003; 144(11): 4975–4979. CrossRef PubMed

Morch Y.A., Donati I., Strand B.L. et al. Effect of Ca2+, Ba2+, and Sr2+ on alginate microbeads. Biomacromolecules 2006; 7(5): 1471–1480. CrossRef PubMed

Moshaverinia A., Ansari S., Chen C. et al. Co-encapsulation of anti-BMP2 monoclonal antibody and mesenchymal stem cells in alginate microspheres for bone tissue engineering. Biomaterials 2013; 34(28): 6572–6579. CrossRef PubMed

Nolan J.S., Packer L. Monolayer culture techniques for normal human diploid fibroblasts. Methods Enzymol. 1974; 32: 561–568. CrossRef

Paynter S.J., Fuller B.J., Shaw R.W. Temperature dependence of mature mouse oocyte membrane permeabilities in the presence of cryoprotectant. Cryobiology 1997; 34(2): 122–130. CrossRef PubMed

Petrenko A.Yu., Mazur S.P., Petrenko Yu.A. et al. Isolation and multilineage differentiation of stromal cells from human fetal and adult tissue. Transplantologiya 2007; 9(1): 218–220.

Petrenko Yu.A., Skorobogatova N.G., Volkova N.A. et al. Characteristics of immunophenotype and differentiation potential of human mesenchymal bone marrow stromal cells after cryopreservation. Problems of Cryobiology 2010; 20(4): 436–442.

Petrenko Yu.A., Skorobogatova N.G., Volkova N.A. et al. Characteristics of immunophenotype and differentiation potential of human mesenchymal bone marrow stromal cells after cryopreservation. Problems of Cryobiology 2010; 20(4): 436–442.

Petty R.D., Sutherland L.A., Hunter E. M. et al. Comparison of MTT and ATP-based assays for the measurement of viable cell number. J Biolumin Chemilumin. 1995; 10(1): 29–34. CrossRef PubMed

Seglen P.O. Preparation of isolated rat liver cells. Meth. Cell. Biol. 1976; 13: 29–43. CrossRef

Sun J., Tan H. Alginate-based biomaterials for regenerative medi-cine applications. Materials 2013; 6(4): 1285–1309. CrossRef

Tarasov A.I., Petrenko A.Yu., Jones D.R.E. Osmotic characteristics of hematopoietic progenitor cells of human embryonic liver. Bulletin of Kharkiv National University No. 568: Biofizychnyy Visnyk 2002; 11(2): 58–62.

Todrin A.F., Popivnenko L.I., Kovalenko S.Ye. Thermophysical properties of cryoprotectants. I. Temperature and heat of melting. Problems of Cryobiology 2009; 19(2): 163–176.

Trufanova N.A., Petrenko Yu.A., Petrenko A.Yu. Effect of cryopreservation on viability, immunophenotype and differentiation properties of mesenchymal stromal cells of early organogenetic stage. Problems of Cryobiology 2010; 20(2): 135–144.

Velings N.M., Mestdagh M.M. Physico-chemical properties of alginate gel beads. Polym Gels Networks 1995; 3(3): 311–330. CrossRef

Volkova N.A., Mazur S.P., Kholodnyy V.S. et al. Skin stem cells as an object for cryopreservation. 1. Skin stem reserve. Probl Cryobiol Cryomed 2014; 24(1): 3–15. CrossRef

Загрузки

Опубликован

2016-06-23

Как цитировать

Tarusin, D. N., Kireyev, V. A., Kovalenko, S. Y., Kovalenko, I. F., Rozanov, L. F., & Petrenko, A. Y. (2016). Выбор условий криоконсервирования мезенхимальных стромальных клеток в суспензии и альгинатных микросферах на основе изучения их осмотических реакций в растворе 1 Ðœ ДМСО. Проблемы криобиологии и криомедицины, 26(2), 133–144. https://doi.org/10.15407/cryo26.02.133

Выпуск

Том 26 № 2 (2016): Проблемы криобиологии и криомедицины

Раздел

Теоретическая и экспериментальная криобиология

Лицензия

Copyright (c) 2020 Dmitriy N. Tarusin, Vitaliy A. Kireyev, Svetlana Ye. Kovalenko, Igor F. Kovalenko, Leonid F. Rozanov, Aleksandr Yu. Petrenko

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующие в данном журнале, соглашаются со следующим:

  • Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.
  • Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся не-эксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге), со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  • Авторы имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access).