Voornamelijk in de medische wereld en in de farmacie wordt veel gebruik gemaakt van cryopreservatie. Deze geavanceerde methode gebruikt cryogene vloeibare gassen voor het koelen van onder meer celmateriaal en geneesmiddelen.
Maar wat houdt dit precies in? Wat zijn de meest voorkomende methoden en toepassingen van deze techniek en hoe helpt Demaco haar klanten om cryopreservatie-projecten foutloos en veilig te laten verlopen? Al deze vragen, en meer, beantwoorden we in dit artikel.
Wat is cryopreservatie?
Cryopreservatie is een veelgebruikte methode binnen de cryogene techniek, waarbij biologisch materiaal of chemische componenten worden bewaard met behulp van cryogene koeling. In de meeste gevallen wordt vloeibare stikstof (-196 °C) als koelmiddel ingezet, maar dit hangt af van het doel van het project.
Een enorme veelzijdigheid aan stoffen kan worden gekoeld door middel van cryopreservatie. Denk bijvoorbeeld aan bloedcellen, stamcellen, onbevruchte eicellen, bevruchte eicellen, embryo’s, kiemplasma van planten en bepaalde vormen van medicatie. Vaak vindt de koeling plaats in zogenaamde biobanken. Dit zijn ruimtes in een ziekenhuis of laboratorium die speciaal zijn ingericht voor het bewaren van kleine stukjes ingevroren materiaal.
Vergeleken met ‘normaal’ invriezen heeft cryopreservatie enkele voordelen. Wordt een product namelijk ingevroren met de gangbare ‘vriezer’ die de meeste mensen in huis hebben staan, dan vindt door dit relatief ongereguleerde proces vaak enige kristalvorming plaats. Deze kristallen beschadigen de cellen van het product en bij ontdooiing heeft dit dan ook niet meer dezelfde vorm en kwaliteit als daarvoor. Bij voeding is dit niet altijd een probleem, maar bij biologisch materiaal of bij medicatie kan beschadiging grote gevolgen hebben.
Enkele methoden die tijdens het proces van cryopreservatie worden toegepast om cellen zo goed mogelijk te beschermen, zijn het zorgvuldig controleren van het vriesproces (controlled-rate freezing) en het toevoegen van kleine moleculen (cryoprotectieve middelen) in de cellen. Deze laatste methode wordt voornamelijk gebruikt bij het bewaren van biologisch materiaal, om uitdroging en de vorming van intracellulaire ijskristallen zoveel mogelijk te beperken.
Welke middelen worden toegevoegd, hangt af van het te koelen materiaal. Voor het veilig bevriezen van rode bloedcellen wordt bijvoorbeeld gebruik gemaakt van glycerol en voor de meeste andere cellen en weefsels wordt DMSO gebruikt. Bij droogvriesmethoden wordt veel gebruik gemaakt van trehalose. Dit middel is voornamelijk effectief in het voorkomen van uitdroging.
Methoden voor cryopreservatie
Zoals al eerder kort uitgelegd, bestaan er verschillende methoden van cryopreservatie. Welke methode het beste werkt, hangt af van het doel van de koeling en het gekoelde product.
Enkele bekende methoden zijn:
Gecontroleerde bevriezing (controlled-rate freezing): Tijdens gecontroleerde bevriezing wordt een gesloten vat met behulp van vloeibaar stikstof tot extreem lage temperaturen gebracht. Door het afkoelproces zorgvuldig te monitoren, wordt beschadiging van cellen of ander materiaal zoveel mogelijk voorkomen. Vooral in de farmacie en in de medische wereld is deze methode populair voor het koelen van weefsel en medicatie.
Subzero nonfreezing storage: Subzero nonfreezing storage maakt gebruik van temperaturen onder nul, om materialen in optimale kwaliteit te bewaren zonder de kans te lopen op schade door invriezen. Het gaat hier om temperaturen onder 0 °C, waarbij een materiaal dus nog niet bevriest. Vooral de onderzoekswereld maakt regelmatig gebruik van deze methode voor experimenten met het koelen van organen, maar ook voor het koelen van bijvoorbeeld stamcellen.
Preservatie in droogijs: Voor onder meer het veilig bewaren en vervoeren van vaccinaties is het gebruik van droogijs populair. Droogijs is koolstofdioxide in vaste vorm, met een temperatuur van -78 °C. Naast vaccinaties, worden ook sperma en stamcellen regelmatig bewaard en vervoerd met behulp van droogijs.
Veiligheid
Cryopreservatie is een risicovol proces. Wanneer wordt gewerkt met extreem koude temperaturen, doen zich direct diverse gezondheidsrisico’s en risico’s op het verlies van kostbare materialen voor. Denk hierbij bijvoorbeeld aan:
- Verwonding van de huid, wanneer deze in contact komt met vloeibaar stikstof of droogijs.
- Kwaliteitsverlies van vloeibaar stikstof door slechte isolatie van de cryogene infrastructuren.
- Het ontstaan van natte plekken op het cryogene leidingwerk, wanneer delen hiervan slecht geïsoleerd zijn. Dit trekt bacteriën aan, wat vooral in ziekenhuizen en laboratoria zeer kwalijk kan zijn.
Veiligheid is dus een essentieel onderdeel van cryopreservatie. Het beheren van cryogene gassen of droogijs gaat altijd samen met de juiste beschermende kleding en cryogene systemen van de hoogste kwaliteit. Immers, hoe beter het materiaal, hoe kleiner de kans op ongelukken of verspilling.
Onze producten voor cryopreservatie
Voor het veilig en effectief uitvoeren van cryopreservatie-projecten levert Demaco haar klanten de volgende producten:
Vacuüm geïsoleerd leidingwerk
Cryopreservatie vindt in de meeste gevallen plaats in cryogene vaten, die zijn aangesloten aan een vacuüm geïsoleerd leidingwerk. Vaak staat er buiten een ziekenhuis of farmaceutisch laboratorium een (door een gasleverancier geleverde) tank met vloeibaar stikstof, waaruit een lange transferleiding het gebouw inloopt, richting een biobank. Deze leiding heeft vervolgens een bepaald aantal aansluitpunten, vaak met een flexibel leidingstuk aan het einde. Hierdoor zijn de leidingen gemakkelijk aan de cryogene vaten te koppelen.
Demaco levert hoge kwaliteit starre- en flexibele transferleidingen, voorzien van vacuüm isolatie en aangevuld met een laag van glaspapier en aluminiumfolie. Deze combinatie zorgt dat vloeibare stikstof ook vloeibaar blijft op cryogene temperaturen, waardoor veiligheid wordt gewaarborgd en verlies in de vorm van gasvorming wordt voorkomen.
Zuurstofdetectiemeter
Voor extra veiligheid biedt Demaco als aanvullend product ook zuurstofdetectiemeters. Deze meters houden precies bij wat het zuurstofniveau in een ruimte is. Wordt dit te laag? Dan stroomt er waarschijnlijk vloeibaar stikstof uit een van de leidingen of vaten. In dit geval worden de aanvoerpunten direct automatisch afgesloten, zodat er geen vloeibaar gas meer verloren gaat.
Kwaliteitsverbeterende producten
Als laatste kan het nuttig zijn om kwaliteitsverbeterende producten toe te voegen aan een cryogene infrastructuur. Zo zorgt een fasenscheider bijvoorbeeld dat vloeibaar stikstof in goede kwaliteit en met de juiste druk het afnamepunt bereikt en dat de vaten hun temperatuur zoveel mogelijk behouden wanneer deze worden bijgevuld. Ook kan een afgasautomaat of degasser worden ingezet om eventuele gasvorming af te voeren.
Overige producten
Transferleidingen voor vloeibaar stikstof zijn voor Demaco het meest gevraagde product op het gebied van cryopreservatie. Zo leveren we op jaarbasis cryogeen leidingwerk aan tientallen biobanken in Europa. Echter, in overleg met de klant produceert Demaco ook leidingen en producten voor andere vormen van cryogene preservatie. Cryogene systemen voor de levering en opslag van droogijs bijvoorbeeld, of systemen voor het uitvoeren van subzero nonfreezing storage.
Demaco gaat graag met de klant in gesprek om samen een oplossing te vinden die precies aansluit bij de specifieke kenmerken van het project.
Meer weten?
Vragen over cryopreservatie en de cryogene apparatuur, producten en diensten van Demaco? Neem gerust contact met ons op of neem een kijkje tussen onze producten en projecten.
