Криохранение: от сосуда Дьюара до пробирки

Что такое биобанки

В чем необходимость криоконсервации

Как выбирать морозильники и холодильники

Как используются криогенные сосуды Дьюара

Биообразцы и криоконсервация: какую пробирку выбрать

Лабораторная автоматизация и хранение: контейнеры, штативы и планшеты

Что такое биобанки

Биобанки были созданы в начале ХХ века для поддержки биомедицинских исследований. Они собирают широкий спектр образцов, таких как кровь, ткани, удаленные во время операций или биопсии, слюна, волосы, зубы и фекалии, среди прочего. В большинстве случаев образцы предоставлены донорами, добровольно стремящимися внести свой вклад в продвижение биомедицинских исследований. Независимо от состояния здоровья, каждый человек может стать донором биобанка с различными свойствами или функциями [1].

Ответственное хранение биоматериалов различных типов и связанной с ними информации — основная задача биобанков. А службы здравоохранения и исследовательские лаборатории играют важную роль в определении цепочки процедур, посредством которых биообразцы собираются и систематизируются.

Грамотно организованное хранение стандартизирует работу научных лабораторий и уменьшает риски потери ценных образцов, оптимизирует пространство в морозильной камере и нормализует учет.

В чем необходимость криоконсервации

Возможность криоконсервации гамет и эмбрионов открыла новую эпоху в репродуктивной биологии. Совсем недавно австралийские ученые сообщили о рождении здорового ребенка в результате интрацитоплазматической инъекции сперматозоидов (ИКСИ), хранившихся 26 лет [2]. Сперму 15-летнего мальчика решили сохранить в 1996 году, когда ему поставили диагноз «рак» и назначили химиотерапию. Образцы были заморожены с криопротектором в большом резервуаре с азотом в паровой фазе. В 2021 году пациент и его партнерша прошли однократную процедуру ИКСИ с переносом пяти оплодотворенных эмбрионов, в результате родился живой мальчик. Правда, к ИКСИ пришлось прибегнуть после неудачной попытки внутриматочной инсеминации. Тем не менее это самое продолжительное успешное криохранение спермы.

В России в московском НИЦ эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф. Гамалеи Минздрава России есть банк сывороток крови, где хранятся десятки тысяч образцов сывороток от здоровых людей и больных и инфекционными и неинфекционными заболеваниями, что позволяет оценивать состояние популяционного иммунитета населения, вести мониторинг вновь возникающих инфекций и решать эпидемиологические проблемы первостепенной важности. Специалисты подчеркивают, что для оценки эффективности существующих вакцин и своевременной разработки новых необходимо создание национального банка сывороток крови.

Но хранение биообразцов принципиально отличается от хранения, например, химических реактивов. Биологические образцы являются живыми, поэтому биобанкам нужно сохранить нормальную структуру и функцию образцов на протяжении всего процесса замораживания-оттаивания и криоконсервации. Для разных типов биологических образцов подходят различные методы, и это затрудняет разработку общеотраслевых стандартов биобанкирования для обработки биологических образцов и криоконсервации. Тем не менее стандартизация процессов обработки образцов в отрасли очень важна, потому что это единственный способ гарантировать неизменно высокое качество образцов из биобанков независимо от географического положения [3].

Самым важным этапом в криоконсервации является необходимая температура, которую можно поддерживать с помощью жидкого азота или в специальных низкотемпературных холодильниках и морозилках. Выбор оборудования определяется конкретными задачами.

Как выбирать морозильники и холодильники

Использование жидкого азота для хранения биологических образцов имеет свои недостатки. Высокая стоимость, сложность бесперебойных поставок жидкого азота, а также необходимость отдельного, специально оборудованного помещения для криохранилища вынуждают многие лаборатории искать альтернативы. В этом случае могут быть выбраны низкотемпературные морозильники. На рынке представлено большое разнообразие морозильников, подходящих для самых разных нужд, объемов хранения и задач.

На что обратить внимание?

• на температуру — холодильники 2°C-8°C, морозильники от -20°C до-150 °C;

• на объем — от 80 до 750 л;

• на компрессор — один или два;

• ручная или автоматическая дверь.

Например, вертикальные холодильники от компании Hanil представлены несколькими моделями. Они имеют объем от 85 до 732 литров и различаются количеством внутренних выдвижных ящиков. В зависимости от модели рабочая температура составляет до -95°C. Можно выбрать модель с одним или двумя компрессорами. Преимущество двух независимых компрессоров в том, что они работают как отдельные системы охлаждения, и один из них может продолжать выполнять свою функцию даже в случае отказа другого.

Опция Secure-AutoDoor обеспечивает открытие и запирание двери с простотой нажатия кнопки. Она работает и как способ управления доступом к морозильнику с помощью различных кодов доступа пользователей, при этом администратор может ограничивать, отслеживать и записывать все действия. Кроме того, морозильники имеют три внутренних сенсора температуры, информативный дисплей, сенсорное управление, функции предупреждения об аномальной температуре, открытой двери и временной защиты образцов при аварийной остановке работы.

Как используются криогенные сосуды Дьюара

Для заморозки и хранения в жидком азоте используют специальные резервуары — сосуды Дьюара.

Особенности сосудов Дьюара:

• низкая скорость испарения;

• малый вес пустого сосуда;

• передовые вакуумные и изоляционные технологии;

• назначенный срок службы от 8 лет при надлежащих условиях [4].

Существуют разные виды сосудов Дьюара. Чтобы подобрать такой резервуар в лабораторию, в первую очередь следует определиться с объемом биологического материала, который предполагается для хранения, ведь от этого зависит и объем приобретаемых сосудов. Кроме того, необходимо продумать такие аспекты, как возможная транспортировка замороженных образцов или хранение самого жидкого азота.

Для длительного хранения проб в больших или малых количествах существуют резервуары различных объемов. Переносные сосуды Дьюара предназначены для образцов, которые подвергаются частому перемещению. Они экономичны, практичны, легки и защищены изоляцией. Также существует серия, которая подходит как для длительного хранения, так и транспортировки образцов. Для авиаперевозок биоматериала есть отдельный вид сосудов Дьюара, конструкция которых препятствует утечке жидкого азота во время транспортировки.

Существуют сосуды Дьюара для хранения самого жидкого азота. Они имеют специальную конструкцию горловины, оснащены системой клапанов, манометром и делают возможным автоматическое наполнение жидким азотом других контейнеров. Для хранения и перевозки на короткие расстояния небольшого количества жидкого азота доступна отдельная серия с узким горлышком.

Резервуары более продвинутого типа обеспечивают поддержание стабильной температуры как во время хранения, так и после открытия контейнера, имеют усовершенствованную систему контроля температуры, автоматическую систему заполнения жидким азотом и систему контроля уровня жидкости.

Биообразцы и криоконсервация: какую пробирку выбрать

Выбор подходящей пробирки для хранения не менее важен для успеха, чем выбор оборудования и метода замораживания биоматериала. При правильном использовании криоконсервация обеспечивает неизменность материалов с момента их первого сбора и снижает изменчивость образцов до начала эксперимента за счет обеспечения их высокого качества.

Для длительного хранения биообразцов при низких температурах не подходят обычные или стеклянные пробирки, поскольку они остывают быстрее и при размораживании могут потрескаться и вовсе лопнуть. Сейчас следует использовать специальные криопробирки из медицинского полипропилена. Их особенности:

• многократное замораживание и размораживание;

• выдерживают автоклавирование;

• стабильны в диапазоне температур от -196°C до -121°C  [5].

Для разных целей и задач есть различные криопробирки CryoKING от Biologix.

Например, если не важна стерильность флаконов, но важна быстрая и удобная визуальная идентификация разных групп образцов, то имеет смысл выбрать пробирки с цветным вкладышем на крышке.

Однако в большинстве случаев используют стерильные, свободные от ДНКаз и РНКаз, эндотоксинов и чужеродной ДНК пробирки. Они устойчивы в вертикальном положении, могут быть разных объемов (от 0,5 до 2 мл) и подходят для большинства распространенных роторов и для стандартных морозильных штативов. Другой лаконичный вариант имеет белое поле для маркировки и черную градуировку. Следует иметь в виду, что для маркировки таких пробирок используют специальные криомаркеры, устойчивые длительное время при низких температурах.

Для большего удобства маркировки и автоматизации, например, в криохранилищах, могут быть использованы криопробирки с разными вариантами штрихкодов. Самыми универсальными являются криопробирки со штрихкодом и номером, которые нанесены на боковую поверхность и могут быть считаны как визуально, так и сканером.

В зависимости от приоритетов можно выбрать пробирки с внешней или с внутренней резьбой. В первом случае крышки флаконов не имеют уплотнительных колец, что снижает вероятность загрязнения. Крышки флаконов с внутренней резьбой снабжены уплотнительными кольцами, которые обеспечивает более надежную герметизацию.

Существует большое разнообразие решений, удобных для автоматизации, в том числе и в области криохранения. Например, пробирки с тремя штрихкодами могут быть объемом от 0,5 до 5 мл, с внешней или внутренней резьбой. На дно каждой пробирки нанесен 2D-штрихкод, а на боковую сторону — 1D-штрихкод и номер. Такие пробирки подходят для штативов стандарта SBS (Society for Biomolecular Screening).

Более того, можно заказать готовые наборы из 96 криопробирок уже размещенных в штативе. Штрихкоды с разных сторон имеют как пробирки, так и сам штатив, что позволяет быстро найти нужный контейнер и образец в нем. Есть возможность приобрести такой штатив как в наборе с пробирками, так и отдельно. Все штативы соответствуют стандартам SBS.

Лабораторная автоматизация и хранение: контейнеры, штативы и планшеты

Для удобного хранения необходимы еще специальные контейнеры и штативы, например, изготовленные из прочного поликарбоната, который устойчив к спиртам и мягким органическим растворителям. Данные штативы выдерживают многократное замораживание и размораживание, подходят для хранения в морозильных камерах или жидком азоте и имеют универсальные варианты исполнения на 25, 81 или 100 ячеек.

Лабораторная автоматизация начала активно распространяться с 90-х годов ХХ века. В настоящее время сохраняется большое количество различий в лабораторном пластике даже внутри одной лаборатории. Поэтому, чтобы стандартизировать и наладить процесс автоматического дозирования образцов в криопробирки, был разработан специальный формат штативов, которые подходят для использования в автоматических дозирующих станциях. Формат данных штативов получил обозначение SBS от сокращенного названия международного Общества бимолекулярного скрининга (Society for Biomolecular Screening). Размер данных штативов соответствует нормам — 85 мм на 48 мм на 127,76 мм; это универсальный размер для автоматических манипуляторов.

Но на этом удобства работы не заканчиваются. Существуют автоматические устройства — кэпперы/декэпперы, которые позволяют закрывать или снимать крышки со всех 8 пробирок в отдельном ряду штатива всего за три секунды. Такое устройство имеет эргономичный дизайн и сберегает время сотрудников.

Сегодня в любой лаборатории возможно создать удобную и надежную систему криохранения образцов с учетом целей исследования, объемов проб и особенностей биоматериала. Надежное хранение биоматериалов и массива данных, связанного с ними, достигается с помощью криохранилища. И грамотно оборудованное криохранилище становится неотъемлемой частью современной научной лаборатории, гарантирует, что необходимые для работы образцы не будут потеряны или испорчены.

Продукция линейки CryoKING от компании Biologix была специально разработана для оптимизации процессов хранения ваших образцов. Линейка включает в себя все необходимые расходные материалы и оборудование для длительного хранения образцов при различных условиях, начиная от криопробирок заканчивая автоматическими системами для хранения в жидком азоте и программным обеспечением для учета и стандартизации биобанка.  Для подбора решений под задачи вашего эксперимента пишите в отдел научный поддержки help@skygen.com компании SkyGen – официального дистрибьютора Biologix и Hanil в России и СНГ.

Список литературы

1. Constructing the Biobank as a Health Place. This entry is adapted from 10.3390/soc12040113 Subjects: Health Care Sciences & Services, Contributor: Brígida Riso, Update Date: 06 Sep 2022 

2. Sleiman, S., Bacha, F., & Handelsman, D. J. Live birth using autologous sperm cryopreserved for 26 years // Endocrinology, Diabetes & Metabolism Case Reports, 2023(2), DOI:  0.1530/EDM-22-0402

3. Biobanking Science: ISBER Best Practices for Biobanks // Dr Leah Cannon, PhD -April 18, 2018 

4. Non-Pressurized Dewar Tanks 

5. Biosamples and Cryopreservation: What Tube Should I Use? Kiara Biagioni 07.14.2015 

Реклама
Рекламодатель ООО "Скайджин" 

Токен LdtCK9FPS