Die Kryokonservierung findet vor allem in der medizinischen und pharmazeutischen Industrie eine verbreitete Verwendung. Diese fortschrittliche Methode nutzt kryogene Flüssiggase, um u.a. Zellmaterial und Medikamente zu kühlen.
Aber was genau ist Kryokonservierung? Was sind die gängigsten Methoden und Anwendungen dieser Technik, und wie hilft Demaco seinen Kunden, Kryokonservierungsprojekte einwandfrei und sicher durchzuführen? All diese und noch viel mehr Fragen werden wir in diesem Artikel beantworten.
Was ist Kryokonservierung?
Die Kryokonservierung ist eine weit verbreitete Methode in der kryogenen Industrie, bei der biologisches Material oder chemische Substanzen mittels kryogener Kühlung konserviert werden. In den meisten Fällen wird flüssiger Stickstoff (-196 °C) als Kältemittel verwendet, dies hängt jedoch vom Umfang des Projekts ab.
Mittels Kryokonservierung kann eine große Vielfalt an Materie gekühlt werden. Beispiele sind Blutzellen, Stammzellen, Eizellen, Embryonen, pflanzliches Keimmaterial und bestimmte Medikamente. Häufig erfolgt die Kühlung in einer Biobank, auch Kryoraum genannt, die speziell für die Kryokonservierung in einem Krankenhaus oder Labor ausgelegt ist.
Die Kryokonservierung hat bestimmte Vorteile gegenüber dem „normalen“ Einfrieren. Wenn ein Produkt in einem normalen Gefrierschrank, wie ihn die meisten Menschen zu Hause haben, eingefroren wird, ist das Einfrieren ein relativ ungeregelter Prozess, der oft zur Bildung von Kristallen führt. Diese Kristalle schädigen die Zellen des Produkts; nach dem Auftauen hat das Produkt nicht mehr die gleiche Form und Beschaffenheit wie vorher. Bei Lebensmitteln muss dies kein Problem sein, bei biologischem Material oder Medikamenten kann die Veränderung des Produkts jedoch zu ernsthaften Problemen führen.
Einige der Methoden, die bei der Kryokonservierung eingesetzt werden, um Zellen bestmöglich zu schützen, sind die sorgfältige Steuerung des Gefrierprozesses (controlled-rate freezing) und die Zugabe von Molekülen (Kryoprotektiva) in die Zellen. Letztere Methode wird vor allem bei der Konservierung von biologischem Material eingesetzt, um die Dehydrierung zu minimieren und intrazelluläre Vereisungskristalle zu verhindern.
Welche Mittel zugegeben werden, hängt von dem zu kühlenden Material ab. Für das sichere Einfrieren von roten Blutkörperchen wird z. B. Glycerin verwendet, für die meisten anderen Zellen und Gewebe wird DMSO eingesetzt. Bei Trockengefrierverfahren wird häufig Trehalose verwendet. Dieses Mittel verhindert vor allem die Dehydrierung.
Methoden der Kryokonservierung
Wie bereits kurz erläutert, gibt es mehrere Methoden der Kryokonservierung. Welche der Methoden am besten geeignet ist, hängt vom Zweck der Kühlung und dem zu kühlenden Produkt ab.
Einige bekannte Methoden sind:
Kontrolliertes Einfrieren:
Beim kontrollierten Einfrieren wird ein geschlossener Dewar mit flüssigem Stickstoff auf extrem niedrige Temperaturen gebracht. Durch eine sorgfältige Überwachung des Kühlprozesses wird eine Verschlechterung der Zellen oder anderer Materialien weitestgehend vermieden. Besonders im pharmazeutischen und medizinischen Bereich ist diese Methode zur Kühlung von Gewebe und Medikamenten beliebt.
Tiefkühllagerung: Bei derTiefkühllagerung werden Temperaturen unter dem Gefrierpunkt angewandt, um Materialien in optimaler Qualität zu konservieren, ohne dass die Gefahr des Einfrierens besteht, was zu einer Verschlechterung führen kann. Das bedeutet Temperaturen unter 0 °C, bei denen das Material noch nicht wirklich gefriert. Insbesondere die Forschung nutzt diese Methode regelmäßig für Experimente, bei denen es um die Kühlung von Organen und beispielsweise Stammzellen geht.
Kryokonservierung mit Trockeneis: Der Einsatz von Trockeneis ist u. a. für die sichere Lagerung und den Transport von Impfstoffen verbreitet. Trockeneis ist Kohlendioxid in fester Form, mit einer Temperatur von -78 °C. Neben Impfstoffen werden auch Sperma und Stammzellen regelmäßig mithilfe von Trockeneis gelagert und transportiert.
Kryokonservierung und Sicherheit am Arbeitsplatz
Die Kryokonservierung ist ein riskanter Prozess. Bei der Arbeit mit extrem kalten Temperaturen entstehen verschiedene Gesundheitsrisiken und Risiken des Verlusts von Wertstoffen. Beachten Sie:
- Verletzung der Haut bei Kontakt mit Flüssigstickstoff oder Trockeneis.
- Qualitätsverlust von Flüssigstickstoff durch schlechte Isolierung der kryogenen Infrastrukturen.
- Bildung von nassen Flecken auf den Kryo-Rohrleitungen, wenn Teile davon schlecht isoliert sind. Nasse Stellen ziehen Bakterien an, die besonders in Krankenhäusern und Labors schädlich sein können.
Sicherheit ist ein wesentlicher Bestandteil der Kryokonservierung. Der Umgang mit kryogenem Gas oder Trockeneis geht immer Hand in Hand mit geeigneter Schutzkleidung und nicht zuletzt mit hochwertigen kryogenen Systemen. Denn je besser die Ausrüstung, desto unwahrscheinlicher sind Unfälle oder Verschwendung.
Demacos Produkte für die Kryokonservierung
Um Kryokonservierungs-Projekte sicher und effizient durchzuführen, bietet Demaco die folgenden Produkte an:
Vakuum-isolierte Rohrleitungen
In den meisten Fällen wird die Kryokonservierung in kryogenen Dewars durchgeführt, die an ein vakuumisoliertes Rohrleitungssystem angeschlossen sind. Typischerweise wird außerhalb eines Krankenhauses oder pharmazeutischen Labors ein Tank (geliefert von einem Gasanbieter) mit flüssigem Stickstoff aufgestellt. Eine Transferleitung führt in das Gebäude zur Biobank. Diese Leitung verfügt über eine bestimmte Anzahl von Anschlusspunkten, meist mit einem flexiblen Abschnitt am Ende der Leitung, der den Anschluss der Leitung an den kryogenen Dewar erleichtert.
Demaco liefert hochwertige starre und flexible Transferleitungen, deren Vakuumisolierung mit einer Schicht aus Glaspapier und Aluminiumfolie verstärkt ist. Diese Kombination sorgt dafür, dass flüssiger Stickstoff auch bei kryogenen Temperaturen flüssig bleibt, was Sicherheit bietet und Ausfälle aufgrund von Gasbildung verhindert.
Sauerstoff-Detektionsgerät
Qualitätsverbessernde Produkte
Zu guter Letzt: Es kann sich als sinnvoll erweisen, eine kryogene Infrastruktur mit qualitätsverbessernden Produkten zu ergänzen. Ein Phasentrenner sorgt dafür, dass flüssiger Stickstoff in guter Qualität und mit dem richtigen Druck zum Austrittspunkt gelangt. Gleichzeitig behalten die Dewars beim Nachfüllen ihre Temperatur so weit wie möglich bei. Ein Entgaser kann auch zur Ausleitung von Gasbildung eingesetzt werden, kann aber nicht wie ein Phasentrenner den Druck regulieren.
Ergänzende Produkte
In der Kryokonservierungsindustrie sind vakuumisolierte Transferleitungen für flüssigen Stickstoff das am häufigsten nachgefragte Produkt von Demaco. Jedes Jahr liefern wir kryogene Rohrleitungssysteme an Dutzende von Biobanken in Europa. In enger Zusammenarbeit mit unseren Kunden produziert Demaco auch Rohrleitungen und Produkte für andere Formen der Kryokonservierung. Zum Beispiel kryogene Systeme für die Zufuhr und Lagerung von Trockeneis und Systeme, die für die Lagerung unter dem Gefrierpunkt vorgesehen sind.
Bei Demaco sind wir immer gerne bereit, gemeinsam mit unseren Kunden eine Lösung zu finden, die den Spezifikationen Ihres Projekts entspricht.
Möchten Sie mehr wissen?
Falls Sie Fragen zur Kryokonservierung und zu den kryogenen Geräten, Produkten und Dienstleistungen von Demaco haben, zögern Sie nicht, uns zu kontaktieren oder unsere Website zu besuchen, um sich über unsere Produkte und Projekte zu informieren.
