Uma pergunta comum é: “Por usar congeladores ou sistemas de LN2 para o armazenamento de amostras a longo prazo?”
A resposta é que a temperatura a que as células congeladas são armazenadas pode ter efeitos importantes sobre o seu tempo de vida. Tipicamente, quanto mais baixa a temperatura, maior será o período de armazenamento viável. Por exemplo, enquanto muitas amostras podem ser armazenadas a -70 ° C durante meses ou mesmo anos, as reações químicas responsáveis pela deterioração celular não são completamente interrompidas a esta temperatura, pois observa-se mesmo que pouca, porém existente, migração de componentes celulares que podem reagir quimicamente.
As amostras a temperaturas inferiores a “transição vítrea da água” ou -130C , onde se diz que o tempo biológico está parado, podem ser armazenadas durante milênios (Karow 1981, Mazur 1984).
Algumas definições:
Criobiologia é o estudo dos efeitos de temperaturas ultra baixas em sistemas biológicos, tais como células ou organismos.
Criopreservação O objetivo da criopreservação é minimizar danos a materiais biológicos, incluindo tecidos, células de mamíferos, bactérias, fungos, células de plantas e vírus, utilizando baixa temperatura de congelamento para o armazenamento. A criopreservação proporciona uma fonte contínua de tecidos e células vivos geneticamente estáveis para uma variedade de fins, incluindo pesquisa e processos biomédicos.
Um princípio básico de criobiologia é que a extensão do dano por congelamento depende da quantidade de água livre no sistema e a capacidade de que a água tem para cristalizar durante o congelamento. A água é o principal componente de todas as células vivas e tem de estar presente para que reações químicas ocorram dentro de uma célula. Durante o congelamento, a maioria das mudanças de água para gelo, e metabolismo celular cessam.
É possível congelar muitos tipos de células isoladas e agregados celulares pequenos, no entanto, a obtenção de resultados reprodutíveis para tecidos mais complexos, tais como válvulas cardíacas, tecido com estruturas obtidos através de engenharia celular, ou tipos de células mais sensíveis, requer uma compreensão das principais variáveis envolvidas no método de criopreservação
A formação de gelo inicia-se no ambiente extracelular, resultando em um aumento da concentração de sal visto que a água é removida para formar o gelo. Esta formação de gelo resulta em um desequilíbrio osmótico e por consequência na desidratação celular.
Desta forma é possível mitigar os efeitos potencialmente prejudiciais da desidratação e formação de gelo através de:
- Manutenção de temperaturas de armazenagem adequadas
- Controlando a taxa de reaquecimento
Todos estes eventos interagem para influenciar o resultado da criopreservação, sendo que a maior taxa de sobrevivência celular é atingida através da optimização da série de variáveis inter-relacionadas dentre as quais destacamos abaixo a importância da taxa de resfriamento durante o processo de congelamento.
A importância da taxa de resfriamento
Taxa de resfriamento é conhecida por ter uma influência mais significativa sobre a sobrevivência da célula. Controlar a taxa de congelamento antes de armazenamento a longo prazo maximiza a viabilidade de uma ampla variedade de células, onde é possível destacar a sua importância para as seguintes aplicações
- AIDS Research
- Medula óssea – Tratamento de câncer
- Banco de sangue – HLA, as células vermelhas
- Pesquisa em Câncer – Células Tumorais
- Engenharia genética
- HLA – Transplante (linfócitos) de órgãos
- FIV – (Embrião, Esperma) infertilidade humana
- Microbiologia – vírus, bactérias, cultura celular
- Farmacêuticas – Culturas
- Células de plantas – Células vegetais, sementes
- Repositórios – Cultura de Células
- Banco de tecidos
- pele
- osso
- válvulas cardíacas
- córneas
Uma das principais razões para a utilização de um equipamento com taxa de congelamento controlada ao invés de simplesmente utilizar um sistema ou equipamento que congele a amostra porém sem controle sobre as variáveis de temperatura é devido a que o sistema com taxa de congelamento pode compensar a temperatura durante a preparação da amostra, o que é denominado de LHF, ou calor latente de fusão. Esta compensação durante o processo de congelamento possibilita o aumento da taxa de viabilidade celular pós – criopreservação
LHF é a energia de calor latente que pode gerar picos durante o processo de congelamento de uma amostra.
O objetivo de um congelador com taxa controlada
Um congelador de taxa controlada (CRF) é um dispositivo de preparação de amostra projetado para levar amostras de um estado líquido para um estado congelado ou vitrificado por meio de um processo dinâmico de aquecimento e resfriamento da câmara.
Não há (quase) nada mais estressante em uma amostra biológica do que passar pelo processo de congelamento – o processo impacta:
- Densidade da amostra
- Viscosidade da amostra
- pH
- Solubilidade do gás
- Movimento molecular cinético
- Taxas fisiológicas (mitocôndrias ATP)
Quanto mais complexa a amostra, maior o impacto que pode ocorrer na formação de gelo intracelular.
Leia o artigo completo em: Newslab Ed 155 (Seção Radar Científico II – Páginas 84-85)
Contato:
Daniel Freitas
Especialista de produtos América do Sul
Email: produtosdelaboratorio@thermofisher.com