Перспективы использования наночастиц ферромагнетиков для криоконсервирования клеток
Проведен анализ потенциальных возможностей использования наночастиц ферромагнетиков (ФМ) для криоконсервирования клеточных суспензий. Были изучены влияние наночастиц на процесс низкотемпературной кристаллизации сред различного состава, а также процесс взаимодействия наночастиц с клетками. Определено...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Проблемы криобиологии и криомедицины |
|---|---|
| Дата: | 2008 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України
2008
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69052 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Перспективы использования наночастиц ферромагнетиков для криоконсервирования клеток / А.Н. Сукач, В.П. Грищук, В.И. Грищенко // Проблемы криобиологии. — 2008. — Т. 18, № 4. — С. 401-403. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859645638644334592 |
|---|---|
| author | Сукач, А.Н. Грищук, В.П. Грищенко, В.И. |
| author_facet | Сукач, А.Н. Грищук, В.П. Грищенко, В.И. |
| citation_txt | Перспективы использования наночастиц ферромагнетиков для криоконсервирования клеток / А.Н. Сукач, В.П. Грищук, В.И. Грищенко // Проблемы криобиологии. — 2008. — Т. 18, № 4. — С. 401-403. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы криобиологии и криомедицины |
| description | Проведен анализ потенциальных возможностей использования наночастиц ферромагнетиков (ФМ) для криоконсервирования клеточных суспензий. Были изучены влияние наночастиц на процесс низкотемпературной кристаллизации сред различного состава, а также процесс взаимодействия наночастиц с клетками. Определено, что присутствие частиц ФМ в солевой и сахарозосодержащей средах приводит к повышению температуры кристаллизации растворов. Также было выяснено, что частицы ФМ, с одной стороны, связываются с плазматической мембраной клеток, а с другой – проникают в клетку, связываясь с внутриклеточными структурами, что потенциально может служить основанием для разработки новых протоколов замораживания и отогрева клеточных суспензий.
Проведено аналіз потенційних можливостей використання наночастин феромагнетику (ФМ) для кріоконсервування клітинних суспензій. Було вивчено вплив наночастинок на процес низькотемпературної кристалізації середовищ різного складу, а також процес взаємодії наночастин з клітинами. Визначено, що присутність частин ФМ в сольовому та сахарозовмісному середовищах приводить до збільшення температури кристалізації розчинів. Також було з’ясовано, що частини ФМ, з одного боку, зв’язуються з плазматичною мембраною клітин, а з другого – проникають в клітину і зв’язуються з внутрішньоклітинними структурами, що потенційно може бути основою для розробки нових протоколів заморожування та відігрівання клітинних суспензій.
Potential possibilities of using ferromagnetic nanoparticles for cryopreservation of cell suspensions have been analyzed. The effect of nanoparticles on low-temperature crystallization of the media of various compositions, as well as the interaction of nanoparticles with cells has been studied. The presence of ferromagnetic (FM) particles in saline and sucrose-containing media has been established to result in the rise of crystallization temperature of the solutions. In addition, the FM particles have been revealed, from one hand, to be bound with cell plasma membrane and, from another, they penetrate into a cell being bound with intracellular structures that potentially may serve as the base for developing novel freezing and thawing protocols for cell suspensions.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:27:43Z |
| format | Article |
| fulltext |
401 PROBLEMS
OF CRYOBIOLOGY
Vol. 18, 2008, №4
ПРОБЛЕМЫ
КРИОБИОЛОГИИ
Т. 18, 2008, №4
УДК 615.361.36.013.014.41:537.622.4
А.Н. СУКАч*, В.П. ГРИЩУК, В.И. ГРИЩЕНКО
Перспективы использования наночастиц ферромагнетиков
для криоконсервирования клеток
UDC 615.361.36.013.014.41:537.622.4
A.N. SUKACH*, V.P. GRISCHUK, V.I. GRISCHENKO
Prospects of Using Ferromagnetic Nanoparticles
for Cell Cryopreservation
Проведен анализ потенциальных возможностей использования наночастиц ферромагнетиков (ФМ) для криокон-
сервирования клеточных суспензий. Были изучены влияние наночастиц на процесс низкотемпературной кристаллизации сред
различного состава, а также процесс взаимодействия наночастиц с клетками. Определено, что присутствие частиц ФМ в
солевой и сахарозосодержащей средах приводит к повышению температуры кристаллизации растворов. Также было выяснено,
что частицы ФМ, с одной стороны, связываются с плазматической мембраной клеток, а с другой – проникают в клетку,
связываясь с внутриклеточными структурами, что потенциально может служить основанием для разработки новых протоколов
замораживания и отогрева клеточных суспензий.
Ключевые слова: наночастицы, ферромагнетик, кристаллизация, клетка.
Проведено аналіз потенційних можливостей використання наночастин феромагнетику (ФМ) для кріоконсервування
клітинних суспензій. Було вивчено вплив наночастинок на процес низькотемпературної кристалізації середовищ різного складу,
а також процес взаємодії наночастин з клітинами. Визначено, що присутність частин ФМ в сольовому та сахарозовмісному
середовищах приводить до збільшення температури кристалізації розчинів. Також було з’ясовано, що частини ФМ, з одного
боку, зв’язуються з плазматичною мембраною клітин, а з другого – проникають в клітину і зв’язуються з внутрішньоклітинними
структурами, що потенційно може бути основою для розробки нових протоколів заморожування та відігрівання клітинних
суспензій.
Ключові слова: наночастини, феромагнетик, кристалізація, клітина.
Potential possibilities of using ferromagnetic nanoparticles for cryopreservation of cell suspensions have been analyzed. The
effect of nanoparticles on low-temperature crystallization of the media of various compositions, as well as the interaction of nanoparticles
with cells has been studied. The presence of ferromagnetic (FM) particles in saline and sucrose-containing media has been established
to result in the rise of crystallization temperature of the solutions. In addition, the FM particles have been revealed, from one hand, to
be bound with cell plasma membrane and, from another, they penetrate into a cell being bound with intracellular structures that
potentially may serve as the base for developing novel freezing and thawing protocols for cell suspensions.
Key-words: nanoparticles, ferromagnetic, crystallization, cell.
Использование наночастиц, которые получили
широкое распространение в электронике [5], также
перспективно в области тканевой и клеточной
биологии. Размер наночастиц (<100 нм) сравним
с размерами многих биологических компонентов,
благодаря чему они легко связываются с биологи-
ческими молекулами [7]. Кроме того, наночас-
тицами можно управлять с помощью внешних
полей: оптического, электрического [2] и маг-
нитного [4]. Высокое отношение площади поверх-
ности наночастиц к их объему обеспечивает бла-
гоприятные участки для химических реакций, а
оптические свойства позволяют проводить in situ
мониторинг молекулярных и клеточных структур,
а также биохимических процессов [3]. Наночас-
тицы, благодаря своим уникальным свойствам,
могут быть инструментом, который позволит ак-
тивно управлять процессами замораживания и ото-
грева клеточных суспензий, что открывает новые
перспективы в криобиологии, позволяющие на-
деяться на разработку эффективных протоколов
хранения клеток.
Материалы и методы
В работе использовали реактивы фирмы Sigma
(USA).
* Автор, которому необходимо направлять корреспонденцию:
ул. Переяславская, 23, г. Харьков, Украина 61015; тел.:+38
(057) 373-31-26, факс: +38 (057) 373-30-84, электронная почта:
cryo@online.kharkov.ua
Институт проблем криобиологии и криомедицины
НАН Украины, г. Харьков
Institute for Problems of Cryobiology and Cryomedicine of the Na-
tional Academy of Sciences of Ukraine, Kharkov, Ukraine
* To whom correspondence should be addressed: 23,
Pereyaslavskaya str., Kharkov, Ukraine 61015; tel.:+380 57 373
3126, fax: +380 57 373 3084, e-mail: cryo@online.kharkov.ua
НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЕ
КОНСЕРВИРОВАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ
ОБЪЕКТОВ
LOW TEMPERATURE
PRESERVATION OF BIOLOGICAL
OBJECTS
402 PROBLEMS
OF CRYOBIOLOGY
Vol. 18, 2008, №4
ПРОБЛЕМЫ
КРИОБИОЛОГИИ
Т. 18, 2008, №4
Растворы замораживали
на программном заморажи-
вателе ЗП-10 (производства
СКТБ с ОП ИПКиК НАНУ),
соединенном с компьютером.
Процесс замораживания ре-
гистрировали при помощи
программы FGraf. Исследуе-
мую среду вносили в крио-
пробирку в объеме 1 мл, по-
мещали в программный за-
мораживатель и охлаждали
со скоростью 2°С/мин.
В работе использовали со-
левую среду DMEM/F12 и
250 мМ сахарозную среды.
Среды обогащались 1% БСА.
Влияние наночастиц ФМ (0,01%) на ТК сахарозного раствора
и среды DMEM/F12 (M±s.e.)
Прикрепленные (а) и распластанные (б) клетки эмбриональной печени крысы, культивируемые на протяжении
суток в присутствии наночастиц Fe3O4. Масштаб равен 50 µм.
В качестве ферромагнетика (ФМ) использовали
Fe3O4 с размером частиц 50–100 нм. Конечная кон-
центрация ФМ в средах составляла 0,01%, концен-
трация криопротектора ДМСО – 10%.
Взаимодействие частиц ФМ с клеточными
компонентами изучали на культуре клеток, выде-
ленных из печени эмбрионов крыс 15–16 дней
гестации. Культивирование клеток проводили в 24-
луночных пластиковых планшетах (Corning) в
обогащенной среде DMEM/F12 в концентрации 1–
2 млн/мл [1]. Среды культивирования заменяли
через 3–4 суток. Частицы ФМ добавляли после
прикрепления и распластывания клеток.
Микроскопический анализ осуществляли на
световом микроскопе Jenaval (ГДР).
Результаты и обсуждение
Как видно из таблицы, температура кристал-
лизации (ТК) среды DMEM/F12 и сахарозного
раствора составляет –10,1 и –8,5°С соответст-
венно. Внесение в сахарозную среду 10% ДМСО
снижало ТК до –10,8 °С. Внесение частиц ФМ в
изучаемые среды приводило к повышению ТК сре-
ды DMEM/F12 на 2,3°С, сахарозной среды – на
1,6°С. Присутствие частиц ФМ в сахарозной сре-
де, содержащей 10% ДМСО, повышало ТК на 1,7°С
в сравнении со средой, не содержащей частиц ФМ.
Исследования, проведенные на культивируемых
эмбриональных клетках печени крыс, показали, что
частицы ФМ обладают высоким сродством к био-
логическому материалу. Они хорошо связываются
с клетками и их обломками и не связываются с
поверхностью пластика планшетов. Процесс свя-
зывания ФМ с клеткой зависит от времени, ви-
зуально связывание его частиц можно наблюдать
через 60 мин культивирования. При добавлении к
распластанным клеткам ФМ вначале связывается
с плазматической мембраной (рисунок, а), в про-
цессе дальнейшего культивирования проникает в
клетку, где находится в цитоплазме (рисунок, б),
возможно связываясь с внутриклеточными струк-
турами (эндоплазматическим ретикулумом или
цитоскелетом).
Как известно, при охлаждении лед неизбежно
зарождается вне клеток в окружающем их раст-
воре. Температура, при которой это происходит,
илетазакоП
адерС
21F/MEMD яанзорахаС ОСМД+яанзорахаС
МФ - + - + _ +
овтсечилоК
вотнемирепскэ 4 5 71 31 21 5
С°,КТ 6,0±1,01- 1,1±1,7- 3,0±5,8- 4,0±9,6- 4,0±8,01- 3,0±0,9-
ьтсонревотсоД 1,0<P 500,0<P 50,0<P
a б
403 PROBLEMS
OF CRYOBIOLOGY
Vol. 18, 2008, №4
ПРОБЛЕМЫ
КРИОБИОЛОГИИ
Т. 18, 2008, №4
определяется составом растворов и самим процес-
сом образования зародышей кристаллов. Образо-
вание зародышей, вероятнее всего, ускоряется при-
сутствующими в растворе маленькими частицами,
которые принимают участие в упорядочении моле-
кул воды (гетерогенной нуклеации).
Исходя из положений двухфакторной теории
повреждения клеток при криоконсервировании [6],
в случае медленного охлаждения, клетки находятся
длительное время в гипертонической среде с кон-
центрацией солей в 30 раз выше, чем в изотоничес-
кой, что может вызвать необратимое повреждение
структур мембраны и дестабилизировать белки.
При быстром охлаждении может образоваться
внутриклеточный лед, что обычно вызывает
смерть клеток.
Таким образом, клетки млекопитающих не мо-
гут выживать ни при быстром, ни при медленном
охлаждении без добавления защитных или заме-
щающих растворенных веществ (криопротекто-
ров). Однако криопротекторы, используемые в
достаточно высоких концентрациях, обладают
осмотической и химической токсичностью. Поэто-
му подбор состава среды замораживания и уп-
равление условиями охлаждения являются важной
частью успешного консервирования клеток.
Повышение ТК сред (таблица) в присутствии
наночастиц ФМ, скорее всего, указывает на то, что
они участвуют в кристаллообразовании (являются
центрами нуклеации), вследствие чего снижается
степень переохлаждения растворов.
Связывание наночастиц ФМ с клеточной мем-
браной и внутриклеточными структурами (рису-
нок) модифицирует клетку. Она приобретает новые
свойства: становится чувствительной к действию
магнитных и электрических полей. При этом, ве-
роятно, изменяются процессы кристаллообразо-
вания в клетке. Возможно, наночастицы ФМ будут
инициировать внутриклеточное кристаллообразо-
вание, способствовать образованию мелких крис-
таллов, увеличивать скорость кристаллообразо-
вания, снижать количество свободной воды, что
будет повышать жизнеспособность клеток в про-
цессе криоконсервирования.
Следует также отметить важность контроля
скорости отогрева криоконсервированных клеток,
так как при этом они проходят в обратном порядке
через те же процессы, что и при замораживании.
Для большинства клеток, консервированных как
при больших, так и малых скоростях заморажива-
ния, выживаемость увеличивается при быстром
отогреве. Однако такие факторы, как геометрия и
объем образца клеток, теплопроводные свойства
используемых контейнеров, ограничивают абсо-
лютную скорость отогрева. Вследствие способ-
ности нагреваться под влиянием электромагнитно-
го излучения присутствие наночастиц ФМ в
клеточных суспензиях открывает перспективу
разработки методов контролируемого быстрого их
отогрева после замораживания.
Выводы
Использование комбинации криопротекторов и
наночастиц ФМ может служить основой для
разработки новых протоколов криоконсервиро-
вания клеточных суспензий.
Авторы выражают благодарность академику
НАН Украины Чехуну В.Ф. за предоставленный
ферромагнетик.
Литература
Сукач А.Н. Характеристика эмбриональных нервных
клеток человека, полученных неферментативным спосо-
бом // Цитология.– 2005.– Т.47, №3.– С. 207–213.
Alivisatos A.P. Perspectives on the physical chemistry of
semiconductor nanocrystals // J. Phys. Chem.– 1996.–
Vol. 100, N 13.– P. 13226–13239.
Gao X., Yang L., Petros J. A. et al. In vivo molecular and
cellular imaging with quantum dots // Curr. Opin. Biotechnol.–
2005.– Vol. 16, N1.– P. 63–72.
Gupta A. K., Gupta M. Synthesis and surface engineering of
iron oxide nanoparticles for biomedical applications//
Biomaterials.– 2005.– Vol. 26, N18.– P. 3995–4021.
Huang Y., Lieber C. M. Integrated nanoscale electronics and
optoelectronics: Exploring nanoscale science and technology
through semiconductor nanowires // Pure Appl. Chem.–
2004.– Vol. 12, N12.– P. 2051–2068.
Leibo S.P., Farrant J., Mazur P. et al. Effect of freezing on
marrow stem cell suspensions: interactions of cooling and
warming rates in the presence of PVP, sucrose, or clycerol //
Cryobiology.– 1970.– Vol. 2, N4.– P. 315–332.
Medintz I.L., Uyeda H.T., Goldman E.R., Mattoussi H.
Quantum dot bioconjugates for imaging, labeling and sensing //
Nat. Mater.– 2005.– Vol. 4, N6.– P. 435–446.
Поступила 08.07.2008
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-69052 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7673 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:27:43Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Сукач, А.Н. Грищук, В.П. Грищенко, В.И. 2014-10-04T14:26:54Z 2014-10-04T14:26:54Z 2008 Перспективы использования наночастиц ферромагнетиков для криоконсервирования клеток / А.Н. Сукач, В.П. Грищук, В.И. Грищенко // Проблемы криобиологии. — 2008. — Т. 18, № 4. — С. 401-403. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0233-7673 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69052 615.361.36.013.014.41:537.622.4 Проведен анализ потенциальных возможностей использования наночастиц ферромагнетиков (ФМ) для криоконсервирования клеточных суспензий. Были изучены влияние наночастиц на процесс низкотемпературной кристаллизации сред различного состава, а также процесс взаимодействия наночастиц с клетками. Определено, что присутствие частиц ФМ в солевой и сахарозосодержащей средах приводит к повышению температуры кристаллизации растворов. Также было выяснено, что частицы ФМ, с одной стороны, связываются с плазматической мембраной клеток, а с другой – проникают в клетку, связываясь с внутриклеточными структурами, что потенциально может служить основанием для разработки новых протоколов замораживания и отогрева клеточных суспензий. Проведено аналіз потенційних можливостей використання наночастин феромагнетику (ФМ) для кріоконсервування клітинних суспензій. Було вивчено вплив наночастинок на процес низькотемпературної кристалізації середовищ різного складу, а також процес взаємодії наночастин з клітинами. Визначено, що присутність частин ФМ в сольовому та сахарозовмісному середовищах приводить до збільшення температури кристалізації розчинів. Також було з’ясовано, що частини ФМ, з одного боку, зв’язуються з плазматичною мембраною клітин, а з другого – проникають в клітину і зв’язуються з внутрішньоклітинними структурами, що потенційно може бути основою для розробки нових протоколів заморожування та відігрівання клітинних суспензій. Potential possibilities of using ferromagnetic nanoparticles for cryopreservation of cell suspensions have been analyzed. The effect of nanoparticles on low-temperature crystallization of the media of various compositions, as well as the interaction of nanoparticles with cells has been studied. The presence of ferromagnetic (FM) particles in saline and sucrose-containing media has been established to result in the rise of crystallization temperature of the solutions. In addition, the FM particles have been revealed, from one hand, to be bound with cell plasma membrane and, from another, they penetrate into a cell being bound with intracellular structures that potentially may serve as the base for developing novel freezing and thawing protocols for cell suspensions. Авторы выражают благодарность академику НАН Украины Чехуну В.Ф. за предоставленный ферромагнетик. ru Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України Проблемы криобиологии и криомедицины Секция «Низкотемпературное консервирование биологических объектов» Перспективы использования наночастиц ферромагнетиков для криоконсервирования клеток Prospects of Using Ferromagnetic Nanoparticles for Cell Cryopreservation Article published earlier |
| spellingShingle | Перспективы использования наночастиц ферромагнетиков для криоконсервирования клеток Сукач, А.Н. Грищук, В.П. Грищенко, В.И. Секция «Низкотемпературное консервирование биологических объектов» |
| title | Перспективы использования наночастиц ферромагнетиков для криоконсервирования клеток |
| title_alt | Prospects of Using Ferromagnetic Nanoparticles for Cell Cryopreservation |
| title_full | Перспективы использования наночастиц ферромагнетиков для криоконсервирования клеток |
| title_fullStr | Перспективы использования наночастиц ферромагнетиков для криоконсервирования клеток |
| title_full_unstemmed | Перспективы использования наночастиц ферромагнетиков для криоконсервирования клеток |
| title_short | Перспективы использования наночастиц ферромагнетиков для криоконсервирования клеток |
| title_sort | перспективы использования наночастиц ферромагнетиков для криоконсервирования клеток |
| topic | Секция «Низкотемпературное консервирование биологических объектов» |
| topic_facet | Секция «Низкотемпературное консервирование биологических объектов» |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69052 |
| work_keys_str_mv | AT sukačan perspektivyispolʹzovaniânanočasticferromagnetikovdlâkriokonservirovaniâkletok AT griŝukvp perspektivyispolʹzovaniânanočasticferromagnetikovdlâkriokonservirovaniâkletok AT griŝenkovi perspektivyispolʹzovaniânanočasticferromagnetikovdlâkriokonservirovaniâkletok AT sukačan prospectsofusingferromagneticnanoparticlesforcellcryopreservation AT griŝukvp prospectsofusingferromagneticnanoparticlesforcellcryopreservation AT griŝenkovi prospectsofusingferromagneticnanoparticlesforcellcryopreservation |