Arbeitsgruppe Kryotechnik

Kryokonservierung ist eine Technologie, die die Langzeithaltbarmachung von verschiedenen Zelltypen, natürlichen und künstlich hergestellten dreidimensionalen Geweben bei extrem tiefen Temperaturen ermöglicht. Es besteht ein Bedarf an alternativen Kryokonservierungsstrategien, da die weit verbreiteten Kryoprotektiva (CPAs) wie zum Beispiel Dimethylsulfoxid (DMSO) abhängig von Zeit, Temperatur und Konzentration zytotoxisch wirken. Dies führt sowohl zu einer verminderten Vitalität und Funktionalität als auch zur genetischen und epigenetischen Instabilität der Zellen nach dem Auftauen. Ein weiteres Forschungsgebiet der Biokältetechnik ist die Lagerung von künstlich hergestellten dreidimensionalen Geweben. Aktuelle Fortschritte im Tissue Engineering, Zell- und Organtransplantation und Entwicklung von Schutzmethoden wie Einbetten oder Einkapseln eröffnen vielversprechende Möglichkeiten zur Lagerung und zum Transport von Stammzellen und therapeutischen Produkten.

Somit sind die Hauptthemen der Forschungsgruppe Tieftemperaturanwendungen / Kryotechnologie (FTAK) die Folgenden:

  • Geräte und Methoden zum effizienten Einfrieren und Auftauen

    Da das Ergebnis der Kryokonservierung zelltypabhängig ist, müssen die Hauptparameter für das Einfrieren und Auftauen für jeden Zelltyp und jedes Gewebe optimiert werden. Zu den verfügbaren Methoden gehören sowohl das direkte Beobachten von Einfrier-/ Auftauvorgängen sowie die Betrachtung der induzierten Eisbildung unter dem Kryomikroskop.

    • Kryomikroskop mit LINKAM Cryostage
    • Einfrierapparate mit kontrollierten Kühlraten:
      • kommerziell (Asymptote VIA Freeze Research, Planer Kryo 560-16, Askion Workbench C-Line WB230, CM2000)
      • entwickelt am Institut (IMP)
    • Auftauapparat
      • Kommerzielle Wasserbäder und automatisierte Eigenentwicklungen
    • Gefriertrocknung
      • SP Scientific AdVantage Plus 2.0
      • Martin Christ Epsilon 2-10 D Gefriertrockner
    • Gerichtete Erstarrung
      • Power Down
      • Bridgman
  • Induzierte Eisbildung

    Die Eisbildungstemperatur ist ein Schlüsselparameter, welcher das Ergebnis der Kryokonservierung beeinflusst. In dieser Hinsicht arbeiten wir auch an der Entwicklung und Anwendung der folgenden Techniken zu strengen Kontrolle der Eisnukleation:

    • Verunreinigungsfreie induzierte Eisbildung mittels Laser
    • Peltier Electrofreezing unter Verwendung eines Einfrierapparats mit kontrollierten Kühlraten
    • Induzierte Eisbildung mittels Ultraschall
    • Gerät zum Seeding mittels cold spot ice nucleation (unter dem Kryomikroskop)
  • Sichere und gering toxische Kryokonservierung

    Trotz der Popularität der Kryokonservierung in industriellen, klinischen und akademischen Anwendungsbereichen sind sowohl die Auswirkungen der Kryokonservierung auf subzelluläre Wechselwirkungen als auch auf epigenetische Mechanismen bislang noch nicht eindeutig charakterisiert worden. In früheren Arbeiten am Institut konnte gezeigt werden, dass DMSO das genetische und epigenetische Profil der Zellen beeinflusst. Zudem treten diese Veränderungen nicht zwingend direkt nach dem Auftauen auf, sie könnten auch eine Langzeitwirkung besitzen. Um die ungewünschten Einflüsse der CPA zu reduzieren, haben wir uns diesbezüglich folgende Schwerpunkte gesetzt:

    • Neuen CPA-Mischungen, um eine Senkung der DMSO-Konzentration zu erzielen
    • Serumfreie Kryokonservierung
    • Zellschutz durch Alginat-Kapseln


  • Physische und biologische Aspekte der Kryokonservierung

    Die Effektivität der optimalen Einfrierprotokolle ist von zellspezifischen physischen und biologischen Parametern abhängig, dem Zellzyklus und -alter, der Membranpermeabilität, der Interaktion der CPAs mit der Zellmembran und mit Wasser sowie von der Osmolalität der kryoprotektiven Lösungen. In diesem Zusammenghang untersuchen wir die folgenden Aspekte:

    • Wärme- und Massentransport
    • Zellantwort auf CPAs und niedrige Temperaturen: Analyse der Membranpermeabilität (Kryomikroskop), osmotischer Druck (Osmomat)
    • Epigenetische und genetische Stabilität
  • Kryokonservierung von Blut

    Außerdem engagieren wir uns in den folgenden Projekten:

    • Entwicklung und Etablierung einer Methode der Kryokonservierung für tierische Erythrozyten zur Einrichtung von Blutbanken für Nutz- und Kleintiere
    • Entwicklung eines automatischen Einfrierapparats für menschliche Erythrozyten
  • Geräte zur Untersuchung der Vitalität und Funktionalität
    • Microplate Reader Multiscan EX
    • Cell viability Analyzer Beckman Coulter Vi-Cell XR
    • Particle counter and cell volume analyser Beckman Coulter Counter Multisizer 3
    • Confocal Laser Scanning Microscope Zeiss LSM 510 Meta
    • Fluorescent Microscope Zeiss Axiovert 200M with temperature and humidity controlled incubator
Unsere Lehrveranstaltungen

ANSPRECHPERSON

M.Sc. Janina Hagedorn
Wissenschaftliche Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter
Adresse
An der Universität 1
30823 Garbsen
Gebäude
Raum
211
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30823 Garbsen
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