Study of physical processes occurring in serum-containing and polymer-based serum-free cryoprotective media

Abstract

Aim. To investigate the mechanisms of cryoprotection with compositions that were supplemented with polymers (dextran [Dex], hydroxyethyl starch [HES], polyethylene glycol [PEG]) or fetal bovine serum [FBS]). Methods. Differential scanning calorimetry (DSC) and thermomechanical analysis (TMA) of cryoprotective media containing serum, as well as media that do not contain serum or its components but include polymers. Results. The combinations of dimethyl sulfoxide with FBS or polymers in cryoprotective media were able to promote the formation of amorphous phase and suppress salt eutectic crystallization/melting and recrystallization.The medium supplemented with 0.7 M Me₂SO and 100 mg/ml Dex (0.7Me₂SO+Dex) was somewhat superior compared to other compositions. It also had an optimal glass transition temperature (-26…-21°C). The feature correlated with an adequate cell recovery when the medium was utilized to preserve testicular cells. Conclusions. The mechanism of cryoprotection depends not only on the concentrations of cryoprotective agents such as Me₂SO, polymers or FBS, but also on the composition of the cryoprotective media. The 0.7Me₂SO+Dex medium can be the basis for the creation of commercial serum-free cryoprotective media with the defined stable composition that does not require the removal of Me₂SO before using the cryopreserved cells or tissues for cultivation, transplantation and transfusion.

Alternate abstract:

Мета. Дослідити механізми кріопротекції середовищ, доповнених полімерами (декстран (Дек), гідроксіетилкрохмаль (ГЕК), поліетиленгліколь (ПЕГ)) або фетальною бичачою сироваткою (ФБС). Методи. Диференціальна сканувальна калориметрія (ДСК) і термомеханічний аналіз (ТМА) кріопротекторних середовищ, що містять сироватку,а такожсередовищ, що не містять сироватку або її компоненти, але включають полімери. Результати. Комбінації диметилсульфоксиду (Me₂SO) з ФБС або полімерами в кріопротекторних середовищах здатні сприяти утворенню аморфної фази, пригнічувати евтектичну кристалізацію/плавлення та рекристалізацію. Середовище, доповнене 0,7 М Me₂SO і 100 мг/мл Дек (0,7Me₂SO+Dex), було кращим порівняно з іншими композиціями. Воно також мало оптимальну температуру склування (-26…-21°C). Ця характеристика корелювала з високою життєздатністю клітин яєчка після кріоконсервування. Висновки. Механізм кріозахисту залежить не тільки від концентрації кріопротекторів, таких як Me₂SO, полімерів або ФБС, але також від складу кріопротекторів. Середовище 0,7Me₂SO+Dex може бути основою для створення комерційних безсироваткових кріопротекторних середовищ із визначеним стабільним складом, який не вимагає видалення Me₂SO перед використанням кріоконсервованих клітин або тканин для культивування, трансплантації та трансфузії.