КРИОГРАФЕН

Научная основа технологии

Конкретные научные факты и публикации, подтверждающие перспективность технологии.

Использование наночастиц для криоконсервации

  • Успешная разморозка эмбрионов рыбы Danio rerio

    Рыбные эмбрионы отличаются крупными размерами, кроме того, мембраны зародышей водных животных практически непроницаемы (затруднена обработка антифризом). Перед заморозкой в эмбрионы вводили золотые наностержни, а также пропиленгликоль. Для разморозки использовали лазер. Наночастицы обеспечили равномерный прогрев, благодаря чему 32% эмбрионов выжили. Исследование продолжалось 24 часа после разморозки и подтвердило, что эмбрионы продолжили развиваться до стадии, когда у них появились сердце, жабры, мускулатура хвоста, появилась способность к движению.
    Последующие исследования этих авторов показали, что после лазерного нанонагрева эмбрионы демонстрировали неповрежденную структуру через 1 час (40%), продолжали развитие через 3 часа (22%), двигались через 24 часа (11%), вылуплялись через 48 часов (9%) и плавали через 5 дней (3%). Из выживших особей 2 личинки выращивались до взрослого состояния и откладывали икру.

  • Разморозка большого объёма ткани (50 мл)

    Учёные использовали наночастицы оксида железа, покрытого кремнием, после чего подвергали ткань с частицами воздействию магнитного поля. Под действием поля магнитные частицы начинают «вибрировать», быстро разогревая ткани.

  • Заморозка репродуктивных клеток

    Большое количество наноматериалов использовалось для криоконсервации спермы человека и животных (петух, баран, бык, козёл, кролик, рыбы): селен, цинк и оксид цинка, магнитные, оксид церия, оксид меди, куркумин и пр. Отмечалось улучшение жизнеспособности, подвижности, скорости и целостности, снижение уровня аномальных сперматозоидов и повреждений акросомы и хроматина, меньшее перикисное окисление липидов, снижение апоптоза

Наночастицы в криоконсервации клеток

Об оксиде графена

В данном проекте мы предлагаем обратить внимание на наночастицы оксида графена. Графен представляет собой аллотропную модификацию углерода в виде кристаллической решётки толщиной в один атом. Графен стал первм известным двумерным материалом (за его открытие была присуждена Нобелевская премия), а сам материал стал активно изучаться благодаря своим уникальным свойствам. Активно изучается возможность применения графеновых наноматериалов для различных биомедицинских приложений, однако в большинстве случаев изучается его окисленная форма – оксид графена, так как функциональные группы на его поверхности упрощают процесс модификации поверхности. За счёт покрытия наночастиц оксида графена биосовместимыми полимерами (полиэтиленгликоль, полиэтиленамин, амино-группы, хитозан, желатин, полилактат и пр.) возможно управлять свойствами частиц, в том числе – снижать их потенциальную цитотоксичность.

01

Грант Российского научного Фонда №19-15-00244 «Изучение биосовместимости оксида графена с клетками иммунной системы в контексте его применения в биомедицине»

В ходе проведённых исследований на примере различных субпопуляций как врождённого, так и адаптивного иммунитета показано влияние наночастиц оксида графена различного размера, концентрации и типа поверхностной функционализации на такие клеточные параметры как жизнеспособность, апоптоз, продукция активных форм кислорода и цитокинов, метаболизм, фагоцитоз. Результаты позволяют выбрать один из типов наночастиц, не являющийся цитотоксичным для иммунной системы, для дальнейших исследований, в том числе – в качестве криоконсерватора

02

Оксид графена подавляет рост и рекристаллизацию льда

При этом добавление всего лишь 0,01% оксида графена в культуральную среду значительно повышало (с 24,3% до 71,3%) подвижность сперматозоидов лошади после криоконсервации

03

Рекордная теплопроводность графеновых материалов

Теплопроводную криосреду с добавлением наночастиц оксида графена тестировали для витрификации бластоцистов мышей. Результаты показали снижение окислительного стресса и регуляции проапоптотических генов при использовании оксида графена. Также отмечено, что эмбрионы сохраняли свою сферическую форму во время дегидратации в растворах на основе графена и не «коллапсировали» при сжатии, как в растворах на основе сахарозы

04

Криоконсервация стволовых клеток

Стволовые клетки из жировой ткани замораживали, после чего вводили мышам. Наночастицы способствовали повышению жизнеспособности клеток, улучшению восстановления клеток и снижению уровней раннего апоптоза. Цитотоксических эффектов не было обнаружено, а отсутствие частиц во внутриклеточных компартментах клеток было подтверждено с помощью электронной микроскопии. Трансплантаты, консервированные с добавлением оксида графена, показали более жизнеспособные адипоциты и значительно усилили ангиогенез

Микроскопия клеток после криоконсервации

Подтверждено исследованиями

Работы, посвященные биосовместимости наночастиц пегилированного оксида графена с клетками иммунной системы человека

01
2026Journal of biomedical materials research. Part A

Effect of PEGylated Graphene Oxide Nanoparticles on the Functions and Metabolism of THP-1 Cells

Timganova, V., Usanina, D., Bochkova, M., Shardina, K., Vlasova, V., Rayev, M., Zamorina, S., Kurbatova, O., Petrichuk, S., & Konyashin, M

Частицы малого размера не вызывали цитотоксического эффекта, но модулировали активность клеток THP-1. Поглощение или адгезия частиц наблюдалась лишь при использовании высоких доз частиц, как и изменения в функциональной активности клеток. При использовании низких концентраций частицы вызывали минимальные функциональные изменения, что подчеркивает потенциал их использования в терапевтических целях.

02
2023Materials

The Effect of PEGylated Graphene Oxide Nanoparticles on the Th17-Polarization of Activated T Helpers

Zamorina, S.; Timganova, V.; Bochkova, M.; Shardina, K.; Uzhviyuk, S.; Khramtsov, P.; Usanina, D.; Rayev, M.

ПЭГ-илированные наночастицы оксида графена в низких концентрациях не оказывали влияния на жизнеспособность клеток, поляризацию и продукцию ими цитокинов. При повышении концентрации наблюдается модулирующее действие в отношении ряда параметров, однако цитотоксического действия также отсутствует.

03
2021nanomaterials

Interaction of Graphene Oxide Modified with Linear and Branched PEG with Monocytes Isolated from Human Blood

Khramtsov, P., Bochkova, M., Timganova, V., Nechaev, A., Uzhviyuk, S., Shardina, K., Maslennikova, I., Rayev, M., & Zamorina, S.

Наночастицы оксида графена, функционализированные полиэтиленгликолем, не оказывали влияния на жизнеспособность моноцитов человека. При использовании наночстиц изменялась продукция цитокинов, а при повышении концентрации - фагоцитарная активность клеток.

От гипотезы — к экспериментальному подтверждению

Совокупность данных указывает: оксид графена — не панацея, а рабочий инструмент с понятным механизмом. Следующий шаг — стандартизация протоколов и переход к GMP-валидированным процедурам для банков клеточных линий и биофабрикации.

Что дальше

  • 1Среда ЭТС+ДМСО+оксид графена не является токсичной для клеток
  • 2Изучение возможности полного исключения токсичного ДМСО из состава среды, либо снижения его концентрации
  • 3Подбор оптимальной концентрации наночастиц оксида графена при сниженной концентрации ДМСО
  • 4Расширенное изучение параметров клеток после криоконсервации с разрабатываемой криосредой
  • 5Патентование разработанного состава, поиск технологических партнёров