Technologie krioprezerwacji materiału biologicznego w ciekłym azocie

Kriobiologia jest precyzyjną nauką, determinującą między innymi warunki krioprezerwacji życia oraz funkcji biologicznych w bardzo niskich temperaturach rzędu -196°C. Tematyka krioprezerwacji laboratoryjnej opiera się na zamrażaniu preparatów biologicznych (w tym tkanek, komórek i nasion) w ciekłym azocie w systemach przechowywania w słomkach, fiolkach lub torbach, które umieszczane są w różnorakich systemach butlowych i przystosowanych do tego zamrażarkach kriogenicznych, które wspomagane są nowoczesnymi rozwiązaniami technicznymi i informatycznymi, usprawniającymi system mrożenia, podnosząc przede wszystkim bezpieczeństwo, ale i jakość zamrożonego materiału biologicznego. Krioprezerwacja stosowana jest między innymi w instytutach badawczych, laboratoriach In-vitro, bankach nasienia, komórek jajowych, czy komórek macierzystych, jak również w bankach nasion roślinnych, szpitalach, lecznicach weterynaryjnych, czy nawet ogrodach botanicznych i arboretach.

 

 Czy wiesz, że...?

Prekursorami kriogeniki są polscy fizycy, Karol Olszewski i Zygmunt Wróblewski, który w roku 1883 po raz pierwszy skroplili azot?

 

Ciekły azot to substancja kriogeniczna, której temperatura wrzenia wynosi 77K, tj. -196°C. Zamrażanie w niej próbek biologicznych, dokonywane w odpowiednim tempie, nie powoduje destrukcji materiału biologicznego – wręcz przeciwnie, pozwala po odmrożeniu przywrócić ich właściwości naturalne i pożądaną aktywność biologiczną. Metoda tak głębokiego zamrażania materiału biologicznego nazywana jest krioprezerwacją i pozwala zatrzymać procesy, które mogłyby prowadzić do śmierci komórkowej. Istotnym w krioprezerwacji jest stosowanie mieszanin witryfikujących chroniących komórki przed uszkodzeniami, które mogłyby być spowodowane na przykład odwodnieniem, ogrzaniem komórek, czy wytworzeniem się w ich wnętrzu kryształków lodu. Odpowiednie stężenie krioprotektantów (gdzie najpopularniejszymi są: glicerol, dimetylosulfotlenek, glikol etylenowy i propylenowy) nie jest dla komórek szkodliwe, a znacznie przyspiesza proces mrożenia, czyniąc go jeszcze bezpieczniejszym. Najnowsze badania dowodzą, że wpływ zamrażania oraz przechowywania próbek biologicznych w ciekłym azocie nie wpływa negatywnie na ich jakość - wręcz przeciwnie, okazuje się, że takie przechowywanie materiału biologicznego powoduje polepszenie jego właściwości. Dokumentuje to instytut American Society for Reproductive Medicine. Ponadto, dzięki wykorzystaniu kriokonserwacji możliwym jest przechowywanie komórek i tkanek nawet przez dziesiątki lat. Znane są przypadki narodzin dzieci, poczętych z zamrożonych zarodków, przechowywanych nawet przez jedenaście lat.

 

Czy wiesz, że ...

Na świecie istnieją aż trzy kliniki, które oferują usługi krioniki, czyli zamrażania ludzi. Dwie z nich znajdują się w Stanach Zjednoczonych, jedna w Rosji. W większości krajów Świata takie usługi są nielegalne. W klinikach tych w specjalistycznych zbiornikach z ciekłym azotem przechowuje się całe ciała lub ludzkie mózgi. Krionika to dopiero raczkująca nauka kriobiologiczna i żaden z klientów klinik krionicznych nie ma pewności, że medycyna będzie potrafiła przywrócić ich w przyszłości do życia. Niektóre ciała przechowywane są nie tyle w klinikach, co w domach krewnych zmarłego. Zwolennicy takich praktyk mogą zamrozić po śmierci ciała swoich bliskich nawet bez ich zgody.

 

W ostatnich latach technologia krioprezerwacji znacznie ewoluowała, dzięki czemu w kriobiologii mają zastosowanie urządzenia, mrożące próbki biologiczne w ciekłym azocie przy użyciu programowalnych procesów. Dzięki temu możliwa jest nie tylko krioprezerwacja tkanek, czy komórek, ale i właśnie embrionów, komórek macierzystych, skóry, krwi, oocytów, nasienia tak ludzkiego, jak i zwierzęcego, a nawet nasion roślin. Wszystko to, dzięki nowoczesnym technologiom, pozwala na rozwój badań naukowych w kierunku krioprezerwacji. Firma Air Liquide od wielu lat oferuje linię produktów dedykowanych właśnie dla zastosowań laboratoryjnych i analitycznych. Odpowiednie zbiorniki kriogeniczne wykorzystywane są do transportu i magazynowania ciekłego azotu oraz przechowywania próbek biologicznych i transportowania materiału genetycznego w różnorakich słomkach, fiolkach oraz workach. Możliwym jest przechowywanie w urządzeniach zarówno małych jak i bardzo dużych ilości substancji kriogenicznej, jaką jest ciekły azot, a technologie próżniowe wydłużają znacząco statyczny czas przechowywania substancji w zbiornikach kriogenicznych, redukując straty wynikające z naturalnych właściwości fizykochemicznych ciekłego azotu, a powodowane odparowaniem azotu w momencie jego kontaktu z cieplejszym otoczeniem. Wchodząca w skład grupy Air Liquide firma CryopAL oferuje pełen zakres urządzeń do laboratoryjnego bankowania materiału genetycznego w ciekłym azocie, wspomagając tym samym technologie krioprezerwacji. W ofercie znajdują się następujące pozycje:

 

-zbiorniki typu AGIL stosowane do przechowywania i transportu małych ilości ciekłego azotu oraz próbek biologicznych w laboratoriach, a także do manualnego mrożenia tkanek lub komórek - stosowane  najczęściej w laboratoriach medycznych, badawczych i farmaceutycznych;

http://www.air-liquide.pl/file/otherelementcontent/pj/bd/db/fb/36/agil_pl563262717351305500.pdf

 

-bezciśnieniowe zbiorniki typu TR stosowane do przechowywania i transportu ciekłego azotu o pojemności od 11 do 100 litrów;

http://www.air-liquide.pl/file/otherelementcontent/pj/d7/df/8e/e1/tr_pl4722048558677166870.pdf

 

-niskociśnieniowe (0,5 barowe) zbiorniki typu TP o pojemności od 35 do 100 litrów z manometrem i wskaźnikiem poziomu cieczy;

http://www.air-liquide.pl/file/otherelementcontent/pj/08/1d/35/23/tp_pl5856681266111135690.pdf

 

-linia zbiorników ARPEGE zaprojektowana do długoterminowego magazynowania próbek biologicznych w słomkach, torbach lub fiolkach z możliwymi systemami kontroli poziomu i temperatury cieczy, automatycznym uzupełnianiem ciekłego azotu, czy informatycznym systemem zarządzania próbkami; zbiorniki mają pojemności od 40 do 170 litrów i dostępne są w wielu wariantach z wyposażeniem w każdy rodzaj fiolek i słomek;

http://www.air-liquide.pl/file/otherelementcontent/pj/5b/bf/95/5b/arpege_pl6306199417155815955.pdf

 

-linie zbiorników GT o wydłużonym czasie lub zwiększonej pojemności przechowywania materiału biologicznego z jedno lub dwupoziomowymi kanistrami plastikowymi lub metalowymi; maksymalna pojemność tej linii zbiorników to 1200 fiolek lub 16400 słomek;

http://www.air-liquide.pl/file/otherelementcontent/pj/10/fa/be/80/gt_extended%20holding%20time_pl6710014345523161243.pdf

http://www.air-liquide.pl/file/otherelementcontent/pj/c3/84/1c/6e/gt_large%20capacity_pl244283486189359447.pdf

 

-duże gabarytowo zbiorniki typu ESPACE do długoterminowego przechowywania próbek w ciekłym azocie w fiolkach o pojemności 2ml i 5ml, słomkach w kanistrach lub na statywie oraz torbach z kasetą bądź bez; możliwym jest przechowywanie materiału biologicznego w azocie w fazie ciekłej lub gazowej;

http://www.air-liquide.pl/file/otherelementcontent/pj/fb/45/d4/3e/espace_pl2458527766421210855.pdf

 

-zbiorniki RCB ze stali nierdzewnej o pojemności od 500 do 1000 litrów, wąski otwór wsadowy zmniejsza odparowywanie azotu do minimum oraz umożliwia przechowywanie próbek w bardzo niskich temperaturach; atutem są niskie koszty eksploatacji ze względu na małe zużycie azotu;

http://www.air-liquide.pl/file/otherelementcontent/pj/49/f5/c1/ae/rcb_pl5505121108794792277.pdf

 

-zbiorniki VOYAGEUR służące do transportu próbek w fazie gazowej azotu; zbiorniki są zgodne z międzynarodowymi przepisami dotyczącymi transportu materiałów niebezpiecznych ADR, IATA-OACI i RID;

http://www.air-liquide.pl/file/otherelementcontent/pj/b5/ac/ac/a3/voyageur_pl1165873882929740015.pdf

 

- zamrażarki kriogeniczne NICOOL FREEZAR służące do programowalnego mrożenia próbek w azocie z możliwością tworzenia i drukowania raportów i protokołów

http://www.air-liquide.pl/file/otherelementcontent/pj/5c/69/94/e2/nicool%20freezal_pl5505659212884814848.pdf

 

Różnorodność rozwiązań technicznych jest istotna z punktu widzenia pracy laboratoryjnej biotechnologów, dażącej do bezpiecznego i trwałego przechowywania materiału biologicznego w ciekłym azocie. Istotnym z tego punktu widzenia są również techologie, stworzone przez firmę Air Liquide, w zakresie tworzenia systemów do monitorowania wnętrza zbiornika typu T"tracker, CoolBase, CryoMemo (Wskaźnik poziomu/temperatury) oraz telematyczne technologie podłączenia wskaźników monitorujących wnętrze zbiorników do komputera, umożliwiające teletransmisję danych i zmiennych procesu. Popularnymi są również systemy bezpieczeństwa typu Tempal, które gwarantują niezawodność dostaw azotu,czy system Optimal, zapewniający teletransmisję i ciągły monitoring danych. Krioprezerwacja jest obecnie stosowana w wielu ośrodkach badawczo-rozwojowych, co pozwala na ogromny rozwój medycyny w tym zakresie, a szeroki zakres urządzeń pozwala, jak widać, na dopasowanie systemu przechowywania do zapotrzebowania. Badania nad krioprezerwacją umożliwiają ratowanie życia, zdrowia i ochronę gatunków, co jest kluczowe z punktu widzenia kierunku rozwoju współczesnej medycyny. Jak widać, Air Liqude wychodzi naprzeciw oczekiwaniom nowoczesnych laboratoriów, czy instytutów badawczych, wspomagając tym samym rozwój kriobiologii.

 

Paula Ślipek

Air Liquide Polska Sp. zo.o.

Ul. J. Conrada 63, 31-357 Kraków

paula.slipek@airliquide.com

tel : (32) 790 81 19

www.kriobiologia.eu