非侵入性的低温贮藏质量控制样品

自从现代医学,人类的生物材料已经收集了各种各样的目的。材料应收集用于诊断目的,通常可能满意相对较短的货架寿命。然而,许多独特的样本收集和存储供以后使用,我们对生物的需求增长迅速,繁殖和再生医学、组织工程、干细胞和细胞生物学和药学研究。在几乎所有情况下,血液和血浆是最常见的异常,确保在整个长期储存生物完整性通过低温贮藏温度低于-137°C。

介绍

实际上这些样本可能是独一无二的,不可替代的,但许多这些标本已丢失,并继续丢失,通过热损伤。任何测试前生理和遗传稳定性使用可能会使他们不适合后续在医疗过程中使用。这又引出了这样的问题,越来越多的样品进入长期储存不检查热损伤的可能性并没有发生在存储和在最终使用。海科教授最近发表的一篇论文齐默尔曼和他的同事们从萨尔州大学的生物物理学和Cryotechnology部门列出了可能的框架来解决这个问题[1]。它描述了一个强大的新技术,不仅提供了能力验证的物理和化学变化由于密封样品内使不透明,但也自动周期性的,非侵入性监测整个生物样本。

起生物和低温贮藏

生物银行依赖的事实水样品被认为是稳定低温贮藏在冷却到-137°C以下,因为这是无定形的玻璃化转变温度(Tg)水。化学和生物活动和扩散也几乎停止低于这个温度。

冰晶形成不发生以下Tg,尤为重要对陶瓷样品已经凝固在亚稳态,无定形突然冷却(玻璃)状态。如果冰形式在陶瓷样品由于瞬态侵权的Tg(使不透明),衍生物的晶体将几乎不可避免地失去完整的样例。瞬态变暖事件足以导致生物冰晶的形成是可能的实践,例如当移动单个标本或整个样本集合。但是,潜在的毁灭性影响冷链中断的样品不是目前可检测之前复温,即标本前使用。直到现在,技术解决方案为原位监测样本的完整性没有可用的和没有建立技术回顾证明密封样品内部的物理和化学变化。

光学监控

萨尔州大学的研究小组已经证明了一个强大的、基于拉曼散射技术无创监测和调查冷冻保存样品。特别是,他们明确地证实了冰晶的检测在玻璃样品原位温度低于-120°C。

他们专注于OH-stretching乐队调查样本水是否非晶态或结晶。在低温条件下储存和使用冷却阶段典型缓慢冷冻条件模仿能力1 k /分钟的速度。拉曼检测系统的核心是一个fibre-borne三叶草303我成像光谱仪和或耦合到一个iDus背景深耗尽层(BRDD) CCD相机为了访问照明波长越长如果cellulat自体荧光成为一个问题。齐默尔曼教授表示,一个定制的基于labview软件开发允许数据捕获,出口和加工。

图1:共焦拉曼显微照片(65 * 65μm2,有色化合物)冷冻生物阶段结构的媒体在-50°C。冰晶是可见的黑暗区域隔开流体通道浓缩在DMSO(一个著名的冷冻保存剂)高亮显示为绿色。红色的结构被确定为hydrohalite——一个结晶岩石只盐水合物稳定在零度以下。

齐默尔曼的团队创建化学地图使用共焦拉曼显微镜的样品。图像中的每一个像素都包含一个完整的拉曼光谱,可以生成和任意的图像光谱通道显示孤立的,有用的分子振动。这样,拉曼显微镜可以测量和地图以及化学浓度样品的主要成分。图1是一个共焦拉曼显微照片冻结阶段结构的生物媒体-50°C。冰晶是可见的黑暗区域隔开流体通道浓缩在DMSO和hydrohalite(绿色),结晶岩石盐水合物稳定在零度以下,可见红色。

图2:一个等高线图显示的出现冰透乐队由于在复温样本以外的玻璃化转变温度为-125°C。

类似于典型的缓慢冷冻条件,团队冷却一个暂停人类间充质干细胞(hMSC)下降到-120°C 1 k /分钟的速度在PBS溶液含有10% DMSO和收集拉曼图像。然后,为了证明监控的概念再结晶陶瓷样品在冷藏和热损伤的可能性在常规生物操作,团队模拟测量的典型温度剖面样品瓶而撤出cryocontainer邻国瓶。他们开始监视进程在-141°C的速度和加热样品2 K /分钟。直到温度达到-127°C,光谱显示无显著变化,但结晶发生在大约检测。在大约-127°C和完成。-122°C。图2是一个轮廓图显示出特有的“冰乐队”的出现将使不透明在复温样品大约在玻璃化转变温度。-125°C。此外,“冰带”是可重复检测结晶的各种成分的样品,包括细胞悬浊液。这样,齐默尔曼和他的同事已经演示了如何使不透明的致命效果-冰形成玻璃样品中可以明确地探测到拉曼光谱低于-120°C。

潜在的生物

拉曼探针筛选低温贮藏样本可以在第一阶段建立一个公认的技术回顾证明没有密封样品内的物理和化学变化将使不透明。此外,这种技术允许一个区分防冷冻的代理(注册会计师)以及冻结协议,如玻璃化或缓慢冻结。此外,原则上该技术能够检测样品和其他化学变化有潜力成为一个强大的非接触式监测方法低温贮藏期间样品存储的状态。

实现概念的可能导致样品在低温下存储的自动监控方式在未来,尽管存储技术需要发展允许运输样品在cryo-tank光学接口。可能是这种程度的复杂性和成本只会被认为非常有价值的样品。

在短期内,然而,作者表明,它可能采取每一个新鲜的指纹谱保存样本并使用它作为参考,定期确认样品的完整性在存储和最终释放。研究也表明,他们共焦设置和目前的光纤探针已经允许测量通过浑浊的容器壁,如聚四氟乙烯吸管和multispot团队正在开发的共焦探测工作台应用程序。万博电脑网页版登录

他们认为,生物实践包含预处理和post-storage样本描述在低温温度工作台来检查化学变化在冰形成的保护和陶瓷样品。样品的质量评估运输也可以这样执行。他们也表明拉曼光谱可以用来开发目录参考质量管理比较现有的样品的低温贮藏样品和记录光谱可以使回顾样本分析。

引用

1. 丹尼尔·多尔弗兰克Stracke,海科齐默尔曼,无创性低温贮藏质量控制样品。Biopreservation和生物10卷,6号,529 - 531 (2012)