Investigation of the Vitrification Ability of Mouse Embryos with Quartz Capillary (QC) Straws

Year 2012, Volume: 38 Issue: 1, 9 - 14, 01.11.2011

Mithat Evecen , Elif Öztürk Kamber Demir Gül Bakırel A. İzem Sandal Sema Birler , Serhat Pabuccuoğlu , Kemal Ak

Abstract

ABSTRACT

The most frequent problems in current embryo freezing are formation of harmful ice crystals and toxicity of cryoprotectants. In slow freezing techniques although, the cryoprotectants can be used in a low concentration, ice crystals are formed and in rapid freezing process where ice crystals are avoided, this time toxicity of cryoprotectants deteriorates cells. New technological product quartz capillary straws have an ultra high temperature conductivity by which they avoid the necessity to use high concentrations of cryoprotectants and also prevent the formation of harmful ice crystals. The aim of this study was to investigate the use of quartz capillary straws for vitrification of mouse embryos. The quartz capillary straws have only been used to freeze murine embryonic stem cells and have not been tried in any multicellular embryo studies so far. In the study total 40 mouse embryos were frozen in six treatment groups with various concentration and combination of glycerol, ethylene glycol and trehalose. However, no live embryos were achieved after thawing and in vitro culture of embryos. In conclusion, high temperature conducting quartz capillary straws were observed to be inconvenient in freezing mouse blastocysts by vitrification with the type, concentration and combination of cryoprotectants used in this study.

Key Words: Mouse, embryo, vitrification, quartz capillary

 

 

ÖZET

FARE EMBRİYOLARININ VİTRİFİKASYONLA DONDURULMASINDA

QUARTZ KAPİLLAR (QC) PAYETLERİN KULLANILABİLİRLİĞİNİN ARAŞTIRILMASI

 

Bilinen yöntemlerle yapılan embriyo dondurma çalışmalarında, zararlı buz kristallerinin oluşumu ve kriyoprotektanların toksisiteleri, karşılaşılan en büyük problemlerdir. Kademeli dondurma işleminde kriyoprtotektanlar daha düşük yoğunluklarda kullanılabilmesine karşın buz kristalleri oluşmakta; Vitrifikasyonda ise, buz kristallerinin oluşumu engellenirken bu defa kriyoprotektanların toksik etkilerinden kaynaklı hasarlar meydana gelmektedir. Yeni bir teknolojik ürün olan quartz kapillar payetler, çok yüksek ısı iletkenliği sağlaması sayesinde hem kriyoprotektanların yüksek yoğunlukta kullanılması zorunluluğunu ortadan kaldırmakta, hem de zararlı buz kristallerinin oluşumunu engellemektedir. Bu çalışmada, bu güne değin sadece sıçan embriyonik kök hücrelerinin dondurulmasında başarıyla kullanıldığı rapor edilen ancak, henüz herhangi bir multiselüler hücre çalışmasında denenmemiş olan Quartz Kapillar payetlerin, fare embriyolarının Vitrifikasyonla dondurulması üzerine etkinliğinin araştırılması amaçlandı. Altı farklı çalışma grubunda, gliserol, etilen glikol ve trehalose'un farklı yoğunluk ve kombinasyonlarının denendiği ve toplamda 40 adet fare embriyosunun dondurulduğu çalışmada, çözdürme ve in vitro kültür sonrasında hiçbir embriyonun canlılığını sürdüremediği belirlendi. Sonuç olarak, çok yüksek ısı transferi sağlayan quartz kapillar payetlerin blastosist aşamasındaki fare embriyolarının vitrifikasyonla dondurulması için, kullanılan kriyoprotektif madde tip, oran ve kombinasyonlarının uygun olmadığı kanaatine varıldı.

Anahtar Kelimeler: Fare, embriyo, vitrifikasyon, quartz kapillar

Keywords

Fare, embriyo, vitrifikasyon, quartz kapillar

References

• Aksoy, M., Takahashi, Y., Hishinuma, M., Elsbeikh, A.S., Tanaka, A., Kanagawa, H., 1999. Influences of retrieval stages and glutathione addition on post-thaw viability of quick frozen Mouse Morula during in vitro culture. Theriogenology 51, 681-687.
• Berejnov, V., Husseini, N.S., Alsaied, O.A., Thorne, R . E . , 2006. Effects of cryoprotectant concentration and cooling rate on vitrification of aqueous solutions. Journal of Applied Crystallography 39, 244-251.
• Bucak, M.N., Tekin, N., 2007. Kryoprotektanlar ve gamet hücrelerinin dondurulmasında kryopro- tektif etki. Ankara Üniversitesi Veteriner Fakültesi Dergisi, 54, 67-72.
• Erbach, G.T., Lawitts, S.A., Papaioannou, V . E . , Biggers, J.D., 1994. Differential growth of the mouse preimplantation embryo in chemically defined media. Biology of Reproduction 50, 1027-1033.
• Evecen, M., Pabuccuoğlu, S., Alkan, S, İleri, I.K., 2004. The effects of various BSA levels on development in in vitro culture of mouse embryos. Turkish Journal of Veterinary and Animal Sciences 28, 337-342.
• He, X., Eric, Y.H.P., Fowler, A., Martin, L . Y . , Toner, M., 2008. Vitrification by ultra-fast cooling at a low concentration of cryoprotectants in a quartz micro-capillar: A study using murine embryonic stem cells. Cryobiology 56 (3), 223-232.
• Jain, J.K., Paulson, R . J . , 2006. Oocyte cryopreservation. Fertility and Sterility 86, 1037-1046.
• Mazur, P., 1990. Equilibrium, quasi-equilibrium, and nonequilibrium freezing of mammalian embryos. Cell Biophysics 14, 53-92.
• Palasz, A., T, Mapletoft, R.J., 1996. Cryopreservation of mammalian embryos and oocytes: Recent advances. Biotechnology Advence 14, 127-149.
• Polge, C., Smith, A.U., Parkes, A.S., 1949. Revival of spermatozoa after vitrification and dehydration at low temperatures. Nature 164, 666-667.
• Rall, W.F., Fahy, G.M., 1985. Ice-free cryopreser- vation of mouse embryos. Nature 313, 573-574.
• Risco, R., Elmoazzen, H., Doughty, M., He, X., Toner, M., 2007. Thermal performance of quartz capillaries for vitrification. Cryobiology 55, 222-229.
• Sağırkaya, H., Bağış, H., 2003. Memeli embriyolarının kriyoprezervasyonu. Uludağ Üniversitesi Veteriner Fakültesi Dergisi 22 (1ı 2-3), 127-135.
• Whittingham, D.G., Leibo, S.P., Mazur, P., 1972. Survival of mouse embryos frozen to -196 and - 269°C. Science 178, 411-414.
• Wilmut, I., Rowson, L . , 1973. The successful low temperature preservation of mouse and cow embryos. Journal Reproduction Fertility 33, 352-353.
• Wowk, B., 2010. Thermodynamic aspects of vitrification. Cryobiology 60, 11-22.