Teknik pengawetan untuk biomaterial edit

Teknik pengawetan untuk biomaterial

Biomaterial-yaitu, protein, sel, jaringan, dan organs-

digunakan sehari-hari untuk mempertahankan hidup.

digunakan seperti transfusi darah, inseminasi buatan,

memperbaiki luka bakar, transplantasi, dan obat-obatan

tergantung kegunaan nya. Bahan alami, bagaimanapun,

adalah labil dan sering memburuk dari waktu ke waktu.

Untuk mengatasi efek ini, prosedur pengawetan untuk

memperlambat tingkat kerusakan telah dikembangkan.

Selain itu, karena setiap biomaterial ditandai dengan

kompleksitas komposisi dan fisik, berbagai teknik

penyimpanan telah ada.

Tabel 9.1 memuat contoh biomaterial yang telah

diawetkan dengan sukses menggunakan berbagai prosedur.

Daftar ini, meskipun disingkat, menggambarkan berbagai

sel, jaringan, organ, dan struktur makromolekul yang

telah disimpan dengan sukses dan menunjukkan bagaimana,

dalam beberapa kasus (misalnya, sel-sel darah merah).

Beberapa teknik pengawetan mungkin tepat. Dalam diskusi

berikut ini, ada empat prosedur prnyimpananan Tanpa

Pembekuan, pembekuan-pencairan, pembekuan-pengeringan

(lyophilisasi) dan vitrifikasi telah ditingkatkan.

Tekhnik tanpa Pembekuan memungkinkan penyimpanan

biomaterial dengan menghambat proses metabolism dan

reaksi kimia selama pendinginan secara fisiologi untuk

suhu tanpa pembekuan . dengan tekhnik pembekuan-

pencairan, biomaterial disimpan pada suhu rendah

(biasanya kurang dari -70 C) berbentuk Kristal dan

kemudian dicairkan menjadi bentuk semula. Biomaterial

Lyophilisasi pertama kali dibekukan, kemudian

dikeringkan dengan sublimasi untuk disimpan pada suhu

ambient dan akhirnya bisa kembali digunakan. Dengan

vitrifikasi, biomaterial didinginkan pada suhu dibawah

nol dengan demikian ditansformasi menjadi sebuah

padatan tak berbentuk untuk disimpan dan kemudian

dihangatkan kembali untuk digunakan. Masing-masing

prosedur adalah merupakan penerapan dan memiliki resiko

--- yang akan digambarkan dalam rincian dibawah ini.

Diskusi ini bukan sebuah ulasan menyeluruh tetapi

sebuah pandangan umum dari kepala pemerintah pada

masing-masing dari 4 teknik umum penyimpanan

biomaterial .

9.1 Tahap Perilakuan

Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, biomaterial

dalam bentuk kelangsungan alaminya cenderung menurun

pada waktu ke waktu. Oleh karena itu untuk mencapai

penyimpanan aman jangka panjang , umumnya sangat

diperlukan untuk merubah dasar fisik kimia dari

biomaterial. Salah satu jalan adalah dengan

mengembangkan transformasi dari bahan asli menjadi

bentuk yang bisa disimpan secara aman dan kemudian,

saat dibutuhkan, disimpan kembali ke bentuk aslinya.

Jenis tranformasi ini bisa diprsentasikan secara jelas

dengan menggunakan diagram tingkat.

Gambar 9.1 mengilustrasikan suhu vs diagram fase

Konsentrasi, di mana konsentrasi sesuai dengan jumlah

zat terlarut hipotetis aditif hadir dalam larutan.

Diagram ini berguna untuk decribing transformasi fase

dimana fase termodinamika berkurang nucleates energi

dalam fase induk. Crytallization adalah salah satu

contoh dari jenis transformasi fasa dan merupakan

proses dua langkah nukleasi fase baru dan pertumbuhan

selanjutnya. Jika pembentukan fase baru dikatalisis

dari permukaan partikel asing atau substrat, proses

pertumbuhan triggred oleh nukleasi heterogen (T HET).

Namun, jika fase baru berkembang dari pengelompokan

molekul air individu, pertumbuhan fase baru terjadi

dari nukleasi homogen (T HOM) [Hobbs, 19.741]. Jenis

terakhir dari nukleasi membutuhkan energi aktivasi

lebih tinggi dari nukleasi heterogen dan dengan

demikian terjadi pada suhu yang lebih rendah. Gambar

9.1 juga menggambarkan posisi relatif dari leleh (T M)

dan kurva suhu transisi-gelas (T G). Kurva suhu meting

menunjukkan titik lebur depresi sampel kristal relatif

terhadap konsentrasi zat terlarut. Kurva transisi-gelas

menandakan suhu yang sangat dingin menjadi solusi kaca

selama pendinginan. Kurva akhir pada Gambar 9.1 (T D)

menunjukkan profil temperatur devitrifikasi dan

menggambarkan kondisi dimana suatu zat dapat mengalami

kerusakan kristalisasi selama pemanasan. Untuk padatan

glassilke, kerusakan yang timbul sebagai kaca berubah

ke bentuk crytalline di T D, whilw untuk padatan

kristal sebelumnya atau sebagian vitrifikasi,

rekristalisasi (koalesensi kristal kecil selama

pemanasan) kerusakan proseduce. Unsur-unsur yang

dijelaskan dari diagram fasa relevan karena semua

teknik penyimpanan biomaterial yang dijelaskan dalam

bab ini melibatkan baik transformasi fasa atau

penghindaran. Selain itu, jika transformasi fasa benar

dikontrol, efek dapat merugikan biomaterial. Empat

teknik-teknik penyimpanan tobomaterial relevan sekarang

dijelaskan.

9.2 penyimpanan Tanpa-pembekuan: hipotermia

Mengingat biaya tinggi atau transplantasi organ,

pengawetan kali lebih lama sangat dibutuhkan untuk

membuat prosedur hemat biaya [Evans, 1993] dan

memperluas wilayah geografis di mana organ-organ dapat

dipanen dan transpland. Saat ini, penyimpanan

hipotermia adalah teknik pengawetan organ secara

klinis.

Pada dasarnya ada dua teknik untuk pengawetan

hipotermia organ untuk transplantasi selanjutnya. Yang

pertama adalah cold storage statis dengan es perendaman

di-4 o C-untuk mengurangi metabolisme sebanyak mungkin

tanpa merusak pembentukan kristal es [Belzer dan

Southard, 1988]. Prosedur kedua adalah terus menerus

mesin perfusi dingin di-10 o C untuk memberikan

metabolisme berkurang dan untuk menghapus delete-rious

produk akhir [Southard dan n Belzer, 1988]. Perfusi

digunakan untuk statis meniru cold storage komposisi

ionik intraseluler organ dan telah impermeant zat

terlarut ditambahkan untuk mencegah pembengkakan sel.

Namun, untuk teknik pengawetan perfusi pada umumnya,

plasma dimodifikasi atau solusi dari komposisi plasma

seperti biasanya telah disukai. Hal ini diduga karena

suhu yang sedikit lebih tinggi yang digunakan dalam

teknik perfision yang memungkinkan beberapa tingkat

metabolisme terjadi selama penyimpanan.

Pada banyak contoh praktek, penyimpanan dingin

sederhana adalah pilihan model pengawetan , karena

waktu penyimpanan hanya agak ditingkatkan dengan

menggunakan penerusan perfusi terus menerus. Selain

itu, perkembangan dari University of Wisconsin (UW)

larutan memiliki peran penting dalam memperpanjang

waktu pengawetan. Dalam kasus hati manusia, contohnya,

waktu penyimpanan meningkat kurang dari 10 menjadi

sekitar 30 jam. Hal ini meringankan kebutuhan untuk

meneruskan penyimpanan perfusion. seperti hasil dari

luas studi, memperlihatkan bahwa lactobionet adalah

komponen essensial dari larutan UW yang dipercaya

bekerja seperti sebuah agen osmotic yang efektif saat

menahan pembengkakan sel dalam menurunkann metabolisme

sel dan jaringan [Southard and Belzer, 1993].

Tekhnik Tanpa-pembekuan lainnya yang bisa

digunakan untuk menghambat reaksi kimia dari

biomaterial adalah penyimpanan kurang dingin. Selama

penyimpanan kurang dingin, biomaterial dibiarkan pada

suhu dibawah nol tidak termasuk pada penghapusan

formasi Kristal es. Seperti halnya metode tertentu

yang sesuai dengan masa medium (bulan) penyimpanan

protein. Tetesan kecil dari cairan-- berdasarkan

larutan menyebar ke dalam tingkat minyak yang tidak

bereaksi dan persiapan terakhir dengan meletakkannya

kedalam tabung uji untk penyimpanan pembekuan pada T≥-

20C. dengan menjaga kuantitas tetesan cairan yang lebih

besar daripada nomor tempat inti heterogenesis larutan

dalam jumlah besar.salah satu yang bisa secara efektif

menghalangi inti heterogenesis selama penyimpanan.

Ketika dibutuhkan, penyebaran dipindahkan dari

pembekuan dan dipanaskan ke ruang suhu dan dibangun

kembali. [Franks, 1988].

Malangnya, masalh utama dal;am menggunakan tekhnik

penyimpanan kurang dingin dalam penerapan biomaterial

terletak pada skala prosedur untuk memperluas volume

yang dibutuhkan untuk klinik dan penerapan komersial.

Selain itu, metode “secara efisien” memisahkan minyak

yang tidak berbahaya dari biomaterial adalah masalah

yang harus diatasi jika larutan penyimpan protein

digunakan dalam penerapan therapeutic.Tampaknya, itu

juga cukup sulit untuk melakukan semua tahap prosedur

kurang dingin dibawah kondisi steril [Franks, 1988]

9.3 Freeze-Thaw Teknologi

Teknologi Freeze-thaw adalah metode yang paling umum

digunakan untuk menyimpan sel dan jaringan; karenanya,

itu adalah metodologi crypreservation penting. Ketika

darurat transplantasi muncul, biomaterial diawetkan

dapat dicairkan dan digunakan untuk menyelamatkan

nyawa. Selain itu, pengembangan prosedur transplantasi

sel dan jaringan juga manfaat bidang tumbuh-teknik di

mana jaringan biomaterial beku digunakan dalam

perangkat penggantian organ (misalnya, hati

bioartificial) [Borel-Rinkes et al, 1992.; Karlsson et

al., 1993]. Bahkan sel sederhana, bagaimanapun, adalah

thermophycally kompleks. Akibatnya, desain protokol

kriopreservasi layak harus menggabungkan pengetahuan

dari biologi, teknik, dan kedokteran untuk menjadi

sukses.

Pada tahun 1949. Polge dan rekan kerja membuat

kontribusi penting untuk penelitian biomaterial

pelestarian. Dalam karya dengan sperma, mereka adalah

yang pertama untuk melaporkan efek protektif aditif

atau agen krioprotektan (CPA), yaitu, gliserol, pada

biomaterial pada suhu rendah. Mekanisme yang CPA

melindungi sel-sel dari cedera freeze sangat penting

mendasar tetapi, sayangnya kurang dipahami. Ada empat

tindakan protektif utama senyawa ini. Pertama, CPA

bertindak untuk menstabilkan protein dari biomaterial

dalam kondisi suhu rendah. Bukti eksperimental

menunjukkan bahwa untuk sel, hasil efek ini dari

interaksi gula dengan kelompok kepala polar fosfolipid

[McGann, 1978]. Analisis termodinamika terbaru

menunjukkan bahwa pengecualian preferensial CPA dari

shell hidrasi protein, pada suhu rendah, menghasilkan

stabilisasi [Arakawa et al., 1990]. Kedua, CPA

menurunkan konsentrasi elektrolit dari media

menangguhkan sel pada suhu tertentu dengan mengubah

hubungan fase selama pendinginan. Ketiga, CPA

mempromosikan suhu di mana sel mengalami mematikan

intraseluler formation.Fourth es, CPA mempromosikan

pembentukan vitreous, bukan kristal, fase dalam sel

selama pendinginan dan membantu mencegah pembentukan es

intraseluler (lihat Fig.9.1) [Karlsson et al. 1994].

Sayangnya, penambahan dan penghapusan CPA dari

biomaterial memperkenalkan satu set terpisah dari

masalah. Dalam kasus menembus aditif (yaitu, dimetil

sulfoksida dan gliserol), permeabilitas membran sel

biasanya beberapa kali lipat kurang dari permeabilitas

membran terhadap air [McGrath, 1988]. Selama penambahan

prefreeze senyawa ini, biomaterial mengakui CPA sebagai

zat terlarut ekstraseluler lain. Oleh karena itu sel

merespon dengan memulai transportasi cepat dari air

melintasi membran sel dan ke dalam medium

ekstraseluler. Sementara itu, jika CPA adalah

permeabel, secara bertahap berdifusi ke dalam sel,

sehingga memberikan kontribusi bagi negara

nonequilibrium kimia yang dialami oleh sel. Proses

transportasi ini terus (biasanya untuk menit) sampai

kesetimbangan kembali, pada saat volume biomaterial

kembali normal. Jika konsentrasi awal CPA terlalu

besar, variasi volume sel mungkin begitu parah sehingga

biomaterial mengalami kerusakan stres osmotik. Proses

sebaliknya, pembengkakan sel dan kembalinya normal

menembus senyawa taksi diminimalkan dengan bertahap

meningkat atau menurun, masing-masing, konsentrasi

mereka.

Sayangnya, manfaat menggunakan stepwise CPA

penambahan dan penghapusan dalam mengurangi kerusakan

osmotik yang counterblanced oleh peningkatan risiko

kerusakan beracun untuk biomaterial dari lama waktu

paparan [Fahy. 1986]. Juga, dalam beberapa kasus,

proses penghapusan CPA tunggal-langkah yang telah

terbukti efektif [Friedler et al., 1988]. Keseimbangan

antara pertimbangan ini dapat dioptimalkan jika booth

permeabilitas biomaterial untuk CPA dan efek dari BPA

pada biomaterial yang diketahui. Metodologi untuk

mengukur parameter-parameter penting yang dibahas dalam

McGrath [1988].

Dalam kasus CPA kedap air (misalnya,

polivinilpirolidon, HES), efek berpotensi merugikan

dari exosmosis juga dialami. Namun, karena CPA kedap

tetap dalam medium ekstraseluler, mereka relatif lebih

mudah untuk menghapus dari biometerial daripada aditif

permeabel. Kerugian utama mereka Nike menjadi

ketidakmampuan mereka untuk membayar perlindungan

langsung ke struktur intraseluler selama pembekuan.

Gambar 9.2 mengilustrasikan ekstrem diamati ketika

pendinginan zat biologis untuk suhu di bawah nol. Untuk

meminimalkan cryinjury, cocok CPA ditambahkan ke

biomaterial sebelum protokol freeze-thaw yang

sebenarnya dimulai. Cooling kemudian mulai pada tingkat

yang terkendali. Sebagai bahan didinginkan sepanjang

jalan pembekuan (fig.9.2), pembentukan es memulai

pertama di media ekstraseluler. Transformasi Fase ini

dimulai baik oleh penyemaian eksternal atau oleh

nukleasi heterogen dari dinding wadah dan sangat

penting karena berhubungan dengan suhu awal di mana

perubahan fisikokimia terjadi dalam biomaterial selama

pendinginan. Pembentukan hasil es ekstraseluler dalam

gradien potensial kimia melintasi membran sel yang

dapat diimbangi dengan exosmosis air intraseluler. Jika

proses pembekuan terjadi pada tingkat pendinginan

lambat, intraseluler waktu suffeient cairan

meninggalkan sel.

jika exosmosis berlebihan terjadi, hasilnya adalah

dehidrasi sel yang berlebihan dan penyusutan dan

kematian sel berikutnya dari konsentrasi tinggi zat

terlarut yang tersisa dalam sel setelah difusi air.

Jika tingkat pembekuan cepat, bagaimanapun, air

terperangkap dalam sel menjadi sangat dingin. Kemudian,

pada beberapa suhu subzero, kesetimbangan termodinamika

dicapai melalui pembentukan es intraseluler. Sayangnya,

pembentukan es intraseluler biasanya assciated dengan

kerusakan sel yang ireversibel. Meskipun mekanisme

kerusakan yang tepat tidak diketahui, efek mekanik dan

konsentrasi elektrolit yang tinggi yang disebabkan oleh

pembentukan kristal diyakini mode utama kerusakan sel

[Mazur, 1984].

Gambar 9.3 skematis menggambarkan hubungan antara

kelangsungan hidup sel dan laju pendinginan selama

protokol freeze-thaw. Seperti ditunjukkan, kerusakan

sel pada tingkat pendinginan suboptimal dominan

disebabkan oleh "solusi" efek (misalnya, paparan

konsentrasi elektrolit yang tinggi, penurunan fraksi

dicairkan, dehidrasi yang berlebihan), sampai berbagai

survival puncak diperoleh pada tingkat pendinginan yang

optimal. Bukti eksperimental menunjukkan bahwa tingkat

pendinginan yang optimal untuk kelangsungan hidup sel

maksimum adalah tingkat tercepat yang tidak akan

mengakibatkan pembentukan es intraseluler. Selain

puncak ini, sel-sel yang terkena supraptimal conditins

pendinginan, di mana kerusakan dari pembentukan es

intraseluler mendominasi.

Model teoritis telah dikembangkan untuk

menggambarkan kedua kinetika kehilangan air dan

kemungkinan pembentukan es intraseluler [Mazur, 1984;

Pitt, 1992; Muldrew dan McGann, 1993]. Nilai dari model

ini dalam merancang protokol pembekuan efektif untuk

pengawetan biomaterial juga telah dibuktikan [misalnya,

Karlsson et al., 1993].

Setelah sel atau jaringan sampel telah dibekukan

berhasil, maka dapat disimpan dalam nitrogen cair

dalam-70oC freezer sampai dibutuhkan. Langkah ini

biasanya tidak verry penting, karena, asalkan suhu

freezer tetap stabil, penyimpanan tidak menyebabkan

kerusakan sel.

Tantangan berikutnya dalam teknologi freeze-thaw

adalah mencair biomaterial menggunakan protokol

pemanasan yang meminimalkan risiko rekristalisasi, atau

devitrifikasi jika berlaku, dan mempromosikan

kelangsungan hidup yang tinggi. Tingkat pencairan

optimal berkorelasi langsung dengan tingkat di mana

sampel didinginkan sebelum disimpan. Jika material beku

perlahan-lahan pada tingkat suboptimal (gbr. 9.3),

berbagai tingkat pencairan biasanya dapat dimanfaatkan

dengan efek pada kelangsungan hidup diabaikan. Jika

biomaterial mengalami tingkat pendinginan sedikit

supraoptimal (fig.9.3), pencairan cepat hampir secara

eksklusif diperlukan untuk menghindari rekristalisasi

kecil kristal es intraseluler yang terbentuk selama

pendinginan curam awal. Pencairan cepat dari volume

ukuran yang cukup sangat sulit karena massa termal

spesimen menentukan tingkat pemanasan yang dapat

dicapai.

9,4 Freeze-Drying

Freeze-pengeringan, atau lyphilization, adalah teknik

penyimpanan dehidrasi yang menguntungkan karena

menghasilkan produk akhir yang dapat disimpan pada suhu

suprazero dan reconstitued dengan penambahan silvent

tepat. Prosedur ini biasanya diterapkan pada produk-

produk protein (misalnya, kolagen, penisilin) dan

kurang sering diterapkan ke sel (misalnya, trombosit,

sel darah merah) [Doebbler et al, 1966.; Goodrich dan

Sowemimo-Coker, 1993]. Teknik Freeze-pengeringan juga

mendalami meteri diterapkan pada liposom-visicles

untilized dalam proses tahap obat yang terdiri dari

cepat pendinginan bahan cair ke bentuk padat dan

pengeringan berikutnya (atau menghapus) dari silvent

dipadatkan. Seluk-beluk prosedur yang digunakan secara

langsung mempengaruhi kehidupan rak produk dehidrasi

akhir. Tahap pengeringan og proses untilizes vakum

sublimasi (transformasi fase padat langsung ke fase

uap) dan mungkin itu sendiri terdiri dari beberapa

langkah. Kompleksitas prosedur pengeringan ditentukan

oleh kelangsungan fase es di seluruh spesimen beku

[Mackenzie, 1976]. Franks [1982] menjelaskan bahwa

kualitas produk akhir lyphilized sebagian tergantung

pada protokol pembekuan yang dialami oleh sampel asli,

ukuran dan distribusi kristal yang dihasilkan es,

tingkat heterogenitas, ada atau tidak adanya daerah

amorf, dan kondisi yang dikenakan pada sampel selama

pengeringan. Seperti yang diharapkan, faktor-faktor ini

dapat menghasilkan diffentiations antara tujuan yang

diinginkan dari proses pengeringan beku dan produk

akhir yang sebenarnya.

Efek dari protokol pembekuan dan ukuran dan

distribusi dari kristal yang dihasilkan adalah penting

untuk alasan yang telah dibahas sebelumnya. Perlu

disebutkan bahwa lyoprotectant protein kasus.

Selanjutnya dua faktor-tingkat heterogenitas dan

kehadiran amorfhous daerah-langsung berhubungan dengan

prosedur pengeringan, Untuk kasus sederhana di mana

daerah yang luas es (misalnya, saluran kontinyu) telah

terbentuk dalam sampel, es dihapus oleh sublimasi

langsung. Namun, untuk konfigurasi yang lebih kompleks

sering ditemui dengan biomaterial, sublimasi saja tidak

cukup karena pembentukan kristal es yang terputus-putus

dan daerah amorf yang hadir. Daerah amorf sesuai dengan

kantong air terikat oleh zat terlarut frezee-

terkonsentrasi dan komponen biomaterial (misalnya,

membran sel). Air terikat dengan cara ini berfungsi

untuk statisfy persyaratan shell hidrasi spesimen

[Steinbrecht dan Muller, 1987], maka kontribusi untuk

stabilisasi biomaterial. Ini AGLOCO Sekarang diakui

bahwa pembentukan daerah amorf diperlukan untuk

lyphilization sukses biomaterial [gagak et al, 1993v.;

Levine dan slade 1992]. Sejak destabilisasi materi

merupakan salah satu sumber kerusakan selama pembekuan

dryinng, ini merupakan area yang penting dari

penelitian liofilisasi.

Terlepas dari kompleksitas matriks beku, cedera

biomaterial dapat terjadi selama pengeringan. Faktor-

faktor seperti pengeringan curam yang efektif

memerlukan penghapusan pertama air bebas dan air

kemudian terikat. Howver, penghapusan lengkap air

terikat ini selama pengeringan beku berbahaya bagi

biomaterial dan dapat mempromosikan denaturasi protein

dan mungkin aggretion menjadi endapan larut. Denaturasi

adalah gangguan struktur dilipat protein dan

dipengaruhi oleh variabel seperti pH, interaksi

permukaan, dan perubahan termal dan kimia [Darby dan

Creighton, 1993]. Hal ini tidak menguntungkan karena

produk lyophilized akhir mungkin tidak lagi menyerupai

biomaterial asli sekali denaturasi terjadi. Oleh karena

itu menghindari denaturasi protein sangat penting untuk

efektif biomaterial liofilisasi. Investigasi dengan

liposom dan protein mengungkapkan bahwa kelangsungan

hidup biomaterial dalam keadaan kering ini terkait

dengan pengaruh menstabilkan disakarida (seperti

sukrosa dan terehalose) hadir dalam sistem [Crowe et

al., 1993b]. Namun, untuk meminimalkan denaturasi

selama teknik pengeringan beku.

Setelah biomaterial telah lyphilized berhasil,

akan disimpan untuk penggunaan masa depan. Untuk kasus

khusus protein storage-area yang menjadi minat khusus

untuk industri farmasi-stabilitas obat atau protein

harus dijamin throuhghout kehidupan yang wajar rak

(jangka waktu, diukur dalam tahun, yang mana obat

mempertahankan nya sifat fisik dan fungsional asli).

Dua cara destabulization biomaterial selama penyimpanan

adalah accurrence oksidatif dan kimia reaksi setelah

liofilisasi. Efek oksidasi dapat dikurangi dengan

pengecualian oksigen dari kontainer dari materilas

kering dan penggunaan antioksidan. Reaksi kimia dapat

dihambat melalui pemeliharaan tingkat kelembaban

residual rendah [cleand et al., 1993).

Langkah terakhir, dalam penggunaan teknik

pengeringan beku untuk penyimpanan biomaterial, adalah

pemulihan dari produk lyophilized. Jika air murni

digunakan sebagai pelarut rehidrasi, gradien

konsentrasi dan imblances osmotik dapat mengakibatkan

cedera memutuskan. Untuk mengatasi efek ini,

biomaterial biasanya rehydrate menggunakan larutan

isotonik atau media. Efek dari penggunaan aditif dalam

pelarut membangun kembali biomaterial baru-baru ini

telah ditangani. Ternyata gula juga efektif dalam

mengurangi kerusakan selama rehidrasi ini langkah

[Gagak et al., 1993b].

9,5 Vitrifikasi

Bahaya pembentukan kristal es secara signifikan

berkurang dengan cepat biomaterial untuk suhu rendah

dengan harga suffcient untuk menghasilkan padatan

amorf. Alternatif ini, digambarkan dalam Gambar. 9.2,

awalnya diusulkan dalam 1993s dan disebut vitrifikasi

[Luyet 1937; Goetz dan Gotz, 1938]. Vitrifikasi adalah

proses kinetik dimana cairan membeku ke dalam gelas.

Hal ini membutuhkan pendinginan cepat dari cairan

dengan suhu kaca-transisi. T G dan paling mudah dicapai

dalam tinggi viskositas cairan [Doremus, 1973]. The

contiguration molekul cairan sangat dingin (T ≥ TG)

adalah sama seperti yang dari kaca (T ≤ TG). Oleh

karena itu, pendinginan cepat diperlukan untuk mencegah

molekul cairan yang sangat dingin dari reorganisasi ke

aregular (misalnya, kisi) konfigurasi. Vitrifikasi

adalah fase transisi orde kedua. Oleh karena itu,

dengan denification, volume spesifik dari kedua fase

(dekat TG) adalah identik, meskipun nilai properti

termodinamika (yaitu, kapasitas ekspansi termal) tidak

[kauzmann, 1984].

Kesulitan dalam berhasil vitrifying material terletak

dalam mencapai temperatur transisi kaca T G sebelum

pembentukan kristal. Oleh karena itu, mengurangi jarak

antara T dan M T G dengan meningkatkan konsentrasi zat

terlarut (Fig.9.1) meningkatkan kemungkinan bahwa

cairan yang diberikan akan membentuk gelas. Dua cara

alternatif untuk mencapai fase kaca adalah (1) untuk

mendinginkan biomaterial dengan harga ultrarapid

sehingga T G tercapai sebelum nukleasi dapat

melanjutkan dan (2) untuk meningkatkan tekanan sistem

sedemikian rupa sehingga persimpangan T HOM Dan TG (gbr.

9.1) terjadi pada konsentrasi BPA lebih rendah [Fahy et

al, 1984.; Kanno dan Angell, 1977]. Sejak

pembentukannya kaca circumvents efek Delerious cedera

pembekuan selama pendinginan, hal ini menjadi sebuah

teknik penyimpanan biomaterial semakin penting.

Kami telah menyebutkan peran viskositas suatu

intrification pendinginan cepat. Semakin kental cairan,

semakin lambat dapat didinginkan hingga mencapai bentuk

vitrifikasi nya. Konsentrasi krioprotektan yang cukup

besar yang diperlukan untuk mendapatkan bentuk

vitrifikasi larutan berair yang necessaryto mendapatkan

bentuk vitrifikasi dari larutan dengan pendinginan

lambat, dan peningkatan kebutuhan dengan volume yang

spesimen. Hal ini tidak diinginkan, karena konsentrasi

tinggi CPA yang beracun bagi biomaterial. Oleh karena

itu, dalam aplikasi pactical teknologi vitrifikasi,

keseimbangan antara kondisi termodinamika yang

diperlukan untuk achievevitrification suatu kondisi

fisikokimia yang cocok untuk bertahan hidup sangat

penting.

Diffuculty yang paling umum ditemui dalam upaya

untuk berubah menjadi kaca bahan biologis adalah

kerentanan mereka terhadap pembentukan es cystal.

Seperti disebutkan sebelumnya, besar volume sampel,

semakin tinggi konsentrasi BPA yang diperlukan untuk

mengurangi kemungkinan kristalisasi [Coger et al.,

1990]. Sel Drosophila melanogaster, jaringan kornea, dan

pulau pankreas dari langerhans adalah contoh theree

biomaterial yang memiliki telah berhasil vitrifikasi

[Steponkues et al, 1990.; Bourne, 1986; Jutte et al.,

1987]. Dari jumlah tersebut, hanya D. melanogaster belum

diawetkan sebelumnya dengan teknik freeze-thaw. Bahkan,

kombinasi yang tepat dari suhu efektif, konsentrasi

krioprotektan, dan jenis jaringan, kombinasi yang tepat

dari suhu efektif, konsentrasi krioprotektan, dan

pendinginan dan laju pemanasan kondisi nessary untuk

vitrifikasi mereka belum ditentukan. Untuk storagr

organ jangka panjang, teknik freeze-thaw bukan

merupakan alternatif, karena stres mekanik dan

kerusakan organ beracun yang akan dikenakan selama

pembekuan akan mematikan [Bernard et al, 1988.; Fahy et

al., 1984]. Upaya organ vitrifikasi, meskipun tidak

berhasil, telah menunjukkan bahwa toksisitas pembatasan

CPA sangat jelas dalam organ pelestarian succh bahwa

pencegahan kematian beracun merupakan tantangan yang

tidak dapat dihindari dalam vitrifikasi organ [Fahy,

1986]. Sehubungan dengan laju pendinginan, volume

relatif besar organ memerlukan penggunaan protokol

pendinginan lambat untuk memastikan sejarah termal

seragam di seluruh total volume. Oleh karena itu, Organ

membutuhkan tekanan tinggi, tinggi-cryopotectant

konsentrasi kondisi pendinginan lambat untuk mencapai

keadaan vitreous.

Setelah biomaterial telah vitrifikasi berhasil,

harus strored suhu di bawah TG (Gambar 9.1) untuk

mendorong stabilitas. Ketika mengembalikan sampel untuk

kondisi fisiologis, perhatian khusus harus tekan untuk

menghindari kristalisasi selama protokol pemanasan.

Kristalisasi dalam keadaan ini, disebut devitrifikasi,

adalah prossible (atau bahkan mungkin) karena pada suhu

lebih besar dari TG fase kristal yang lebih stabil

daripada amorphoussolid tersebut. Jika terjadi suhu

tersebut, cryoinjury tidak dapat dihindari.

Probabilitas devitrifikasi sudah berkurang dengan

pemanasan biomaterial pada tingkat yang sama dengan

yang dikenakan selama pendinginan asli [fahly, 1988;

Macfarlance et al, 1992.]. Penggunaan vitrifikasi

sebagai teknik penyimpanan biomaterial merupakan daerah

yang sedang berlangsung dan penting dari penelitian

crypreservation. Saat ini, itu adalah satu-satunya

solusi yang jelas untuk penyimpanan jangka panjang

organ.

9.6 Ringkasan

Penyimpanan biomaterial merupakan wilayah penelitian

yang menarik yang sebelumnya nilai untuk berbagai

bidang, termasuk obat-obatan, penelitian biologis, dan

desain obat. Komposisi dan kompleksitas fisik dari

berbagai biosubstance (e.g., protein, sel, jaringan,

dan organ) membutuhkan pengembangan prosedur pembekuan

khusus. Dalam diskusi ini, empat tahap teknik-

nonfreezing. Freeze-thaw, byophilization. Dan

vitrifikasi-dan relevansinya dengan contoh biomaterial

specitic telah ditinjau. Althoough ada pasti muka,

tantangan penting masih tetap untuk penyelidikan masa

depan.