Gefrierschutz für vitale Zellen

Friert man medizinisches Gewebe und Zellen ein, ist normalerweise ein effektiver Frostschutz für die empfindlichen Zellen nötig. Solche Mittel können aber bei späteren Anwendungen stören. Britische Wissenschaftler haben jetzt ein Block-Copolymer-Hydrogel entwickelt, das nicht nur einen ausgezeichneten Gefrierschutz für rote Blutkörperchen bietet, sondern, wie sie in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, gleichzeitig als Matrix für nachfolgende Zellkultivierungen dienen kann. Kryoschutz und Gewebekultur lägen somit in einer Hand.

Einfrieren und Auftauen bedeutet für lebende Zellen einen enormen Stress. Medizinische Proben lassen sich aber häufig nur in gefrorenem Zustand aufbewahren. Um die Bildung von Eiskristallen während des Einfrierens zu vermeiden, werden meist Gefrierschutzmittel wie wasserlösliche organische Lösungsmittel, Glycoproteine und chemisch veränderte Stärke zugegeben. Diese Substanzen bilden die wässrige Umgebung nach und ersetzen die Wassermoleküle an den Zellkomponenten. Allerdings gibt es besonders im Transplantationsbereich Probleme mit der Biokompatibilität dieser Substanzen, und häufig ist die Entfernung des Lösungsmittels nicht einfach. Matthew I. Gibson und Daniel E. Mitchell von der Universität von Warwick haben nun in Zusammenarbeit mit Steven P. Armes und Joseph R. Lovett von der Universität von Sheffield, Großbritannien, ein Block-Copolymer-Hydrogel entwickelt, das nicht nur ein ausgezeichnetes Gefrierschutzmittel ist, sondern sich auch gleich als Gelmatrix für die weitere Kultivierung der aufgetauten Zellen anbietet.

In der Wärme bildet dieses Block-Copolymer-Hydrogel nanometergroße Würmer, die bei Abkühlung ihr Erscheinungsbild ändern: „Bei 20 °C bilden solche Würmchen ein weiches, freistehendes wasserbasiertes Hydrogel, aber bei Abkühlung unter 12 °C durchlaufen sie einen Wurm-Kugel-Übergang“, schreiben die Wissenschaftler. In seiner Wurm- (Hydrogel-)Ausprägung bildet dieses Material eine für die Zellkultur geeignete Matrix, im Kugelzustand ist es flüssig und ermöglicht somit eine einfache Sterilisierung durch Ultrafiltration.

Die interessanteste Eigenschaft ist allerdings der Gefrierschutz. Wie die Wissenschaftler zeigen, bilden die Gelwürmer um die Blutzellen eine Hydratmatrix, verdrängen das Wasser und verhindern somit die Eiskristallbildung. Die Gelwürmer allein können die Zellen nicht schützen, aber zusammen mit dem biokompatiblen Polymer PVA, das die Neubildung von Eiskristallen hemmt, werden die Zellen in hohem Maße wiedergewonnen. „Es ist die erste vollsynthetische (Polymer- oder andersartige) Formulierung für einen effizienten Zell-Gefrierschutz“, berichten die Autoren. Das Gel ließe sich weiter optimieren. Ein Hydrogel, zwei Anwendungen, oder, wie die Autoren sagen: „Eine attraktive Eintopf-Lösung für Anwendungen, bei denen Vollblut für Zellkulturen eingefroren werden muss“.

Angewandte Chemie: Presseinfo 03/2016

Autor: Matthew I. Gibson, University of Warwick, Coventry (United Kingdom), http://www2.warwick.ac.uk/fac/sci/chemistry/research/gibson/

Permalink to the original article: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201511454

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