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Transportprozesse bei der Kryokonservierung von Gameten und Ovargewebe

Fachliche Zuordnung Tiermedizin
Förderung Förderung von 2014 bis 2024
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 260387574
 
Erstellungsjahr 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Fortpflanzungszellen wie Eizellen, Spermien und Embryonen sowie Fortpflanzungsgewebe wie Eierstock- und Hodengewebe, die in der Reproduktionsmedizin und der Tierzucht verwendet werden, sind nur bedingt stabil. Zur Langzeitlagerung können solche biologischen Proben kryokonserviert oder gefriergetrocknet werden. Diese Konservierungsverfahren gehen jedoch mit extremen Temperaturabsenkungen, osmotischen Schwankungen und Austrocknungsprozeßen einher. Das Hauptziel dieses Projekts war es, herauszufinden, wie sich Kryokonservierung und Gefriertrocknung auf den Aufbau und die Funktion von Zellmembranen auswirken. Dabei wurden die folgenden spezifischen Hauptziele verfolgt. Zuerst haben wir für die verschiedenen Schritte bei der Konservierung von Gameten die Auswirkungen des Hydratationsgrads und die Rolle von Membrantransportprozessen, d. h. der Bewegung von Wasser und gelösten Stoffen durch die Membran, ermittelt. Darüber hinaus haben wir die Permeation von protektiven gelösten Stoffen und die damit verbundenen Wasserflüsse bei der Konservierung von Eierstockgewebe bewertet und die physikalischen Eigenschaften von Kryokonservierungs- und Gefriertrocknungsformulierungen untersucht, welche mit der Lagerungsstabilität von Bioprodukten korrelieren. Die folgenden wichtigen Erkenntnisse wurden gewonnen: (1) Die Eisbildung löst einen Phasenübergang in der Membran aus, der von der Nukleationstemperatur und der Abkühlungsgeschwindigkeit sowie vom Vorhandensein von Kryoprotektiva abhängt. (2) Das Einfrieren verändert die Geschwindigkeit der Wasserbewegung durch die Membranen im Vergleich zu Bedingungen unter dem Nullpunkt. (3) Kryoprotektiva modulieren die Geschwindigkeit des Wassertransports und verhindern nicht die durch das Einfrieren verursachten Membranphasenänderungen. (4) Gefrieren macht Membranen durchlässig für Moleküle, für die sie normalerweise undurchlässig sind. (5) Letzteres kann für die intrazelluläre Abgabe von protektiv-wirkenden Disacchariden zur Konservierung im getrockneten Zustand verwendet werden. (6) Darüber hinaus haben wir festgestellt, dass das Permeationsverhalten in Zellen und Geweben unterschiedlich ist und dass sich die Bewegung gelöster Stoffe in Mischungen verändert. Wir haben zellspezifische Membranpermeabilitätsparameter für Wasser und gelöste Stoffe bestimmt, um die Reaktion des Zellvolumens und die Aufnahme und Abgabe von Kryoprotektiva zu simulieren. Darüber hinaus haben wir einen spektroskopischen Echtzeit-Ansatz entwickelt, um die Permeation von gelösten Stoffen in Mischungen und die damit verbundenen Wasserflüsse zu untersuchen. Wir fanden heraus, dass die durch das Einfrieren geförderte Aufnahme von Saccharose und Trehalose die Chromatinstruktur von Spermien im getrockneten Zustand wirksam stabilisiert. Die Lagerungsstabilität von biologischen Proben hängt weitgehend von der Glasübergangstemperatur und den damit verbundenen physikalischen Eigenschaften und Wasserstoffbrückenbindungen des konservierten Zustands ab.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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