Laseroptische Methoden zur Untersuchung von intra- und extrazellulären Eisbildungsprozessen im Hinblick auf Schädigungsmechanismen bei der Kryokonservierung therapeutisch relevanter Zellen
Dörr, Daniel - Universität des Saarlandes (2015)
Nahezu sämtliche experimentellen Verfahren der Zellbiologie sind auf die flüssige Umgebung ihrer Proben angewiesen und im gefrorenen Probenzustand nicht anwendbar. Im Vergleich zur Biologie verfügt die Kryobiologie daher über ein eingeschränktes Instrumentarium. Im Rahmen dieser Arbeit sollen speziell zur Klärung der chemischen Randbedingungen sowie der mikroskopischen Prozesse während des Einfrierens Multiphotonenmikroskopie und konfokale Ramanmikrokopie in die Kryobiologie eingeführt werden.
Diese Techniken ermöglichen es erstmals, die Probe während des Kryokonservierungsprozess mikroskopisch zu beobachten. Auf Basis von ramanmikroskopischen Daten zur Zusammensetzung der zellulären Umgebung und des Zellinneren wurden an Stammzellen des Nabelschnurbluts vereinfachte Modellvorstellungen zu osmotischen Prozessen während des Einfrierens überprüft. Weiterhin wurden die experimentellen Daten zur systematischen Optimierung von Biobankingprotokollen genutzt. Erstmalig konnte durch die Ramanmikroskopie gezeigt werden, dass bei der DMSO-basierten Kryokonservierung von Zellen das Zytoplasma amorph erstarrt.
Ausgehend von der spektroskopischen Unterscheidbarkeit kristallinen und amorphen Wassers wurde eine Technik zur Kontrolle von vitrifizierten Proben auf Devitrifikation - der vollständigen Kristallisation und somit Zerstörung der Probe - bei tiefkalten Lagerbedingungen am verschlossenen Gebinde entworfen und demonstriert.