Метод электронной микроскопии в оценке качества криоконсервации клеток

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

За время своего существования электронная микроскопия стала одним из эталонных методов оценки структурно-функционального состояния клеток, тканей и органов, также была сформирована обширная доказательная база, позволяющая использовать ее в создании и формировании биобанка. Отбор источников для литературного обзора осуществлялся по ключевым словам на основе публикаций за последние 20 лет. Публикации, представленные в обзоре, были отобраны при помощи поиска в базах данных eLIBRARY.RU, PubМed и Scopus. Опираясь на зарубежный и отечественный опыт работы биобанков, можно выделить четыре направления, определяющих эффективность применения электронно-микроскопических исследований как компонента его работы. Во-первых, это контроль микробиологической обсемененности биологического образца. Эффективность электронной микроскопии по отношению к выявлению загрязненности биообразца бактериями, грибами и вирусами сравнима с эффективностью классических микробиологических методик. Во-вторых, это инструмент диагностики, позволяющий выявить или подтвердить наличие в образце патогенетического процесса, представляющего интерес для биобанкирования: опухолевый рост, атеросклеротическое поражение сосуда и др. В-третьих, это контроль качества криоконсервации образцов. Широкий спектр морфологических характеристик ультрамикроскопической структуры клеток и микроанатомических образований позволяет охарактеризовать качество криоконсервации, количественно оценить степень повреждений, что способствует унификации и стандартизации биобанкинга. Наибольшей информативностью в этом вопросе обладает трансмиссионная электронная микроскопия. В-четвертых, это основа для цифровизации полученных результатов и формирования междисциплинарного репозитория биобанка, что позволяет использовать технологии «big date» для фундаментальных исследований. Большое значение приобретает соответствие профиля биобанка экономическим, научным и отраслевым особенностям инфраструктуры отрасли или региона. Данные электронной микроскопии удачно комбинируются с результатами молекулярных исследований, что позволяет сформировать междисциплинарные базы метаданных, подходящие для межрегиональных и межотраслевых научных интеграций. Последнее позволяет использовать данные электронной микроскопии для решения широкого круга прикладных и междисциплинарных задач. Вышеперечисленное позволяет рассматривать методы сканирующей и трансмиссионной микроскопии в качестве одних из ключевых при развитии биобанкирования в регионе.

Об авторах

Владимир Владимирович Криштоп

Военно-медицинская академия

Email: chrishtop@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9267-5800
SPIN-код: 3734-5479
Scopus Author ID: 57207690596
ResearcherId: J-3456-2017

канд. мед. наук

Россия, Санкт-Петербург

Майя Ивановна Лобанова

Главное военно-медицинское управление МО РФ

Email: nm35vmg@mail.ru
ORCID iD: 0009-0004-9291-3268
SPIN-код: 1229-7589
Scopus Author ID: 58307858963
ResearcherId: IAP-1352-2024
Россия, Москва

Дмитрий Валерьевич Овчинников

Военно-медицинская академия

Email: izvestiavmeda@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8408-5301
SPIN-код: 5437-3457
Scopus Author ID: 36185599800
ResearcherId: AGK-7796-2022

канд. мед. наук; доцент

Россия, Санкт-Петербург

Алексей Анатольевич Семенов

Военно-медицинская академия

Автор, ответственный за переписку.
Email: semfeodosia82@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1977-7536
SPIN-код: 1147-3072
Scopus Author ID: 58307755100
ResearcherId: IAP-1241-2023

канд. мед. наук

Россия, Санкт-Петербург

Руслан Иванович Глушаков

Военно-медицинская академия

Email: glushakoffruslan@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-0161-5977
SPIN-код: 6860-8990
Scopus Author ID: 55263592100
ResearcherId: AGK-5791-2022

докт. мед. наук

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Annaratone L., De Palma G., Bonizzi G., et al. Alleanza Contro il Cancro (ACC) Pathology and Biobanking Working Group. Basic principles of biobanking: from biological samples to precision medicine for patients // Virchows Arch. 2021. Vol. 479, N 2. Р. 233–246. doi: 10.1007/s00428-021-03151-0
  2. Долудин Ю.В., Борисова А.Л., Покровская М.С., и др. Современные передовые практики и рекомендации по биобанкированию // Клиническая лабораторная диагностика. 2019. Т. 64, № 12. С. 769–776. EDN: UPJHRW doi: 10.18821/0869-2084-2019-64-12-769-776
  3. Мешков А.Н., Ярцева О.Ю., Борисова А.Л., и др. Концепция национальной информационной платформы биобанков Российской Федерации // Кардиоваскулярная терапия и профилактика. 2022. Т. 21, № 11. С. 6–12. EDN: ODHEXV doi: 10.15829/1728-8800-2022-3417
  4. Seidler D., Karlíková M., Topolčan O., et al. Establishing Biobanking in Medical Curricula-The Education Program «Precision Medicine International» (eduBRoTHER) // Biopreserv Biobank. 2023. Vol. 21, N 2. Р. 200–207. doi: 10.1089/bio.2022.0088
  5. Голышев С.А., Казаков Е.П., Киреев И.И., и др. Микроскопия мягкого рентгеновского диапазона в клеточной биологии: современное состояние, вклад и перспективы // Acta Naturae (русскоязычная версия). 2023. Т. 15, № 4. С. 32–43. EDN: YFZJPP doi: 10.32607/actanaturae.26551
  6. Драпкина О.М. Российская «Национальная ассоциация биобанков и специалистов по биобанкированию» — инструмент интеграции российских биобанков и повышения эффективности биомедицинских исследований // Кардиоваскулярная терапия и профилактика. 2020. Т. 19, № 6. С. 131–133. EDN: ULGKHX doi: 10.15829/1728-8800-2020-2757
  7. Борисова А.Л., Копылова О.В., Покровская М.С., и др. Биобанкирование в стационаре многопрофильного научного медицинского центра как потенциал для широкого спектра научных исследований. Часть I. Организационно-методические аспекты // Кардиоваскулярная терапия и профилактика. 2023. Т. 22, № 11 С. 57–63. EDN: BGDIYT doi: 10.15829/1728-8800-2023-3749
  8. Козлова В.А., Метельская В.А., Покровская М.С., и др. Изучение стабильности биохимических маркеров при непрерывном длительном хранении сыворотки крови и при однократном размораживании // Кардиоваскулярная терапия и профилактика. 2020. T. 19, № 6. C. 149–157. EDN: CTRLRI doi: 10.15829/1728-88002020-2736
  9. Покровская М.С., Борисова А.Л., Кондрацкая В.А., и др. Подходы к автоматизации преаналитического этапа крупномасштабных научных исследований в биобанке ФГБУ «НМИЦ ТПМ» Минздрава России // Кардиоваскулярная терапия и профилактика. 2022. Т. 21, № 11 С. 71–78. EDN: NZXXFL doi: 10.15829/1728-8800-2022-3404
  10. Копылова О.В., Ершова А.И., Покровская М.С., и др. Биобанкирование в стационаре многопрофильного научного медицинского центра как потенциал для широкого спектра научных исследований. Часть II. Особенности и первые результаты формирования аннотированной коллекции биоматериала // Кардиоваскулярная терапия и профилактика. 2023. Т. 22, № 11 С. 64–73. EDN: VFFYDN doi: 10.15829/1728-8800-2023-3799
  11. Самохина И.В., Сагакянц А.Б. Работа в условиях пандемии COVID-19 — опыт биобанка ФГБУ «НМИЦ онкологии» Минздрава России // Кардиоваскулярная терапия и профилактика. 2020. Т. 19, № 6 С. 184–190. EDN: ZFFBJX doi: 10.15829/1728-8800-2020-2741
  12. Михайлова А.А., Насыхова Ю.А., Муравьев А.И., и др. На пути к созданию общего глоссария биобанков Российской Федерации // Кардиоваскулярная терапия и профилактика. 2020. Т. 19, № 6. С. 134–148. EDN: JLZTWL doi: 10.15829/1728-8800-2020-2710
  13. Curylofo-Zotti F.A., Lorencetti-Silva F., de Almeida Coelho J., et al. Human teeth biobank: Microbiological analysis of the teeth storage solution // Microsc. Res. Tech. 2018. Т. 81, N 3. P. 332–337. doi: 10.1002/jemt.22984
  14. Mora E.M., Álvarez-Cubela S., Oltra E. Biobanking of Exosomes in the Era of Precision Medicine: Are We There Yet? // Int. J. Mol. Sci. 2015. Vol. 17, N 1. Р. 13. doi: 10.3390/ijms17010013
  15. Arantes L.G., Tonelli G.S.S.S., Martins C.F., Báo S.N. Cellular Characterization and Effects of Cryoprotectant Solutions on the Viability of Fibroblasts from Three Brazilian Wild Cats // Biopreserv Biobank. 2021. Vol. 19, N 1. Р. 11–18. doi: 10.1089/bio.2020.0059
  16. Sui Y., Fan Q., Wang B., et al. Ice-free cryopreservation of heart valve tissue: The effect of adding MitoQ to a VS83 formulation and its influence on mitochondrial dynamics // Cryobiology. 2018. Vol. 81. P. 153–159. doi: 10.1016/j.cryobiol.2018.01.008
  17. Keskin N., Erdogan C., Bucak M.N., et al. Cryopreservation Effects on Ram Sperm Ultrastructure // Biopreserv Biobank. 2020. Vol. 18, N 5. Р. 441–448. doi: 10.1089/bio.2020.0056
  18. Bezerra L.G.P., Souza A.L.P., Silva H.V.R., et al. Ultrastructural description of fresh and frozen/thawed sperm derived from collared peccaries (Pecari tajacu Linnaeus, 1,758) // Microsc. Res. Tech. 2018. Vol. 81, N 11. Р. 1301–1309. doi. 10.1002/jemt.23138
  19. Mohammed A.K., Khalil W.A., Youssef H.F., et al. Influence of adding zeolite loaded with different charges to semen extender on sperm quality in rabbits after cryopreservation // Cryobiology. 2021. Vol. 103. P. 107–115. doi: 10.1016/j.cryobiol.2021.08.005
  20. Keros V., Rosenlund B., Hultenby K., et al. Optimizing cryopreservation of human testicular tissue: comparison of protocols with glycerol, propanediol and dimethylsulphoxide as cryoprotectants // Hum. Reprod. 2005. Vol. 20, N 6. P. 1676–1687. doi: 10.1093/humrep/deh797
  21. Muchlisin Z.A., Siti Azizah M.N. Influence of cryoprotectants on abnormality and motility of baung (Mystus nemurus) spermatozoa after long-term cryopreservation // Cryobiology. 2009. Vol. 58, N 2. P. 166–169. doi: 10.1016/j.cryobiol.2008.11.010
  22. Ismail A.A., Abdel-Khalek A.E., Khalil W.A., El-Harairy M.A. Influence of Adding Green Synthesized Gold Nanoparticles to Tris-Extender on Sperm Characteristics of Cryopreserved Goat Semen // Journal of Animal and Poultry Production. 2020. Vol. 11, N 2. Р. 39–45. doi: 10.21608/jappmu.2020.78854
  23. Abdelnour S.A., Hassan M.A.E., Mohammed A.K., et al. The Effect of Adding Different Levels of Curcumin and Its Nanoparticles to Extender on Post-Thaw Quality of Cryopreserved Rabbit Sperm // Animals (Basel). 2020. Vol. 10, N 9. Р. 1508. doi: 10.3390/ani10091508
  24. Keros V., Rosenlund B., Hultenby K., et al. Optimizing cryopreservation of human testicular tissue: comparison of protocols with glycerol, propanediol and dimethylsulphoxide as cryoprotectants // Hum. Reprod. 2005. Vol. 20, N 6. P. 1676–1687. doi: 10.1093/humrep/deh797
  25. Magalhães R., Nugraha B., Pervaiz S., et al. Influence of cell culture configuration on the post-cryopreservation viability of primary rat hepatocytes // Biomaterials. 2012. Vol. 33, N 3. Р. 829–836. doi: 10.1016/j.biomaterials.2011.10.015
  26. Shiloh H., Iancu T.C., Sheinfeld M., Kraiem Z. The influence of cryopreservation on the ultrastructural morphology of human thyroid cells // Cryobiology. 1987. Vol. 24, N 4. Р. 303–310. doi: 10.1016/0011-2240(87)90034-4
  27. Snijders M.L.H., Zajec M., Walter L.A.J., et al. Cryo-Gel embedding compound for renal biopsy biobanking // Sci. Rep. 2019. Vol. 9, N 1. Р. 15250. doi: 10.1038/s41598-019-51962-8
  28. Pogozhykh D., Eicke D., Gryshkov O., et al. Towards Reduction or Substitution of Cytotoxic DMSO in Biobanking of Functional Bioengineered Megakaryocytes // Int. J. Mol. Sci. 2020. Vol. 21, N 20. Р. 7654. doi: 10.3390/ijms21207654
  29. Babel M., Mamilos A., Seitz S., et al. Compared DNA and RNA quality of breast cancer biobanking samples after long-term storage protocols in –80 °C and liquid nitrogen // Sci. Rep. 2020. Vol. 10, N 1. Р. 14404. doi: 10.1038/s41598-020-71441-9
  30. Skogseth H., Eikvik T.M., Tvedt K.E., et al. Can Drying Be an Alternative Tissue Preservation Method in Cancer Research Biobanking? // Drying Technology 2014. Vol. 32, N 6. Р. 713–719. doi: 10.1080/07373937.2013.858262
  31. Burkert J., Krs O., Vojácek J., et al. Cryopreserved semilunar heart valve allografts: leaflet surface damage in scanning electron microscopy // Zentralbl. Chir. 2008. Vol. 133, N 4. Р. 367–373. doi: 10.1055/s-2008-1076872
  32. Pfitzner R., Barecka D., Pawlikowski M., et al. Influence of Cryopreservation on Structural, Chemical, and Immunoenzymatic Properties of Aortic Valve Allografts // Transplant. Proc. 2018. Vol. 50, N 7. Р. 2195–2198. doi: 10.1016/j.transproceed.2018.04.025
  33. Smit F.E., Bester D., van den Heever J.J., et al. Does prolonged post-mortem cold ischemic harvesting time influence cryopreserved pulmonary homograft tissue integrity? // Cell Tissue Bank. 2015. Vol. 16, N 4. Р. 531–544. doi: 10.1007/s10561-015-9500-2
  34. Yefimova M., Bere E., Neyroud A.S., et al. Myelinosome-like vesicles in human seminal plasma: A cryo-electron microscopy study // Cryobiology. 2020. Vol. 92. P. 15–20. doi: 10.1016/j.cryobiol.2019.09.009
  35. Albero-González R., Munné-Collado J., Pijuan L., et al. Complementary value of electron microscopy and immunohistochemistry in the diagnosis of non-small cell lung cancer: A potential role for electron microscopy in the era of targeted therapy // Ultrastruct. Pathol. 2019. Vol. 43, N 6. Р. 237–247. doi: 10.1080/01913123.2019.1692118
  36. Zheng J.J., Hong B.V., Agus J., et al. Alzheimer’s Disease Patients, Especially ApoE4 Carriers, Have Significantly Reduced High-density Lipoprotein Particle Size Revealed by Negative-stained Transmission Electron Microscopy // Alzheimer’s Dement. 2022. Vol. 18. Art. e063375. doi: 10.1002/alz.063375
  37. Amstislavsky S., Mokrousova V., Brusentsev E., et al. Influence of Cellular Lipids on Cryopreservation of Mammalian Oocytes and Preimplantation Embryos: A Review // Biopreserv. Biobank. 2019. Vol. 17, N 1. Р. 76–83. doi: 10.1089/bio.2018.0039
  38. Blutke A., Wanke R. Sampling Strategies and Processing of Biobank Tissue Samples from Porcine Biomedical Models // J. Vis. Exp. 2018. N 133. Art. e57276. doi: 10.3791/57276
  39. Albl B., Haesner S., Braun-Reichhart C., et al. Tissue Sampling Guides for Porcine Biomedical Models // Toxicol. Pathol. 2016. Vol. 44, N 3. Р. 414–420. doi: 10.1177/0192623316631023
  40. Gundersen H.J.G., Mirabile R., Brown D., Boyce R.W. Stereological principles and sampling procedures for toxicologic pathologists. In: Haschek W.M., Rousseaux C.G., Wallig M.A., Bolon B., Ochoa R., eds. Haschek and Rousseaux´s Handbook of Toxicologic Pathology. London: Academic Press, 2013. Р. 215–286. ISBN: 9780124157590 doi: 10.1016/B978-0-12-415759-0.00008-X
  41. Духова Н.Н., Самборский С.М., Гривцова Л.Ю., и др. Онкологический биобанк НМИЦ радиологии // Евразийское Научное Объединение. 2020. № 8–3(66). С. 143–144. EDN: FTDARW
  42. Епифанова Е.В. Публично-правовое регулирование системы медицинских биобанков: постановка проблемы // Юридический вестник Кубанского государственного университета. 2022. № 2. С. 87–92. EDN: UJLWKS doi: 10.31429/20785836-14-2-87-92
  43. Muruve D.A., Mann M.C., Chapman K., et al. The biobank for the molecular classification of kidney disease: research translation and precision medicine in nephrology // BMC Nephrol. 2017. Vol. 18, N 1. P. 252. doi: 10.1186/s12882-017-0669-4
  44. Ивченко Е.В., Овчинников Д.В. Организация научной работы как залог успешного развития военной медицины. В сб.: 3-й Азиатско-Тихоокеанский конгресс по военной медицине: материалы конгресса. Санкт-Петербург: Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова, 2016. С. 24–25. EDN: YGCAGL
  45. Stienen G.J.M. Early adjustments in mitochondrial structure and function in skeletal muscle to high altitude: design and rationale of the first study from the Kilimanjaro Biobank // Biophys. Rev. 2020. Vol. 12, N 4. Р. 793–798. doi: 10.1007/s12551-020-00710-8
  46. Копылова О.В., Ершова А.И., Покровская М.С., и др. Популяционно-нозологический исследовательский биобанк «НМИЦ ТПМ»: анализ коллекций биообразцов, принципы сбора и хранения информации // Кардиоваскулярная терапия и профилактика. 2021. Т. 20, № 8. С. 176–190. EDN: ULBPDV doi: 10.15829/1728-8800-2021-3119
  47. Blutke A., Renner S., Flenkenthaler F., et al. The Munich MIDY Pig Biobank — A unique resource for studying organ crosstalk in diabetes // Mol. Metab. 2017. Vol. 6, N 8. Р. 931–940. doi: 10.1016/j.molmet.2017.06.004
  48. Александров В.Н., Болехан В.Н., Бунтовская А.С., и др. Развитие клеточных технологий, молекулярно-генетических исследований и тканевой инженерии в Военно-медицинской академии имени С.М. Кирова и Военном инновационном технополисе «ЭРА» // Вестник Российской военно-медицинской академии. 2019. Т. 3, № 67. С. 243–248. EDN: XXCZGO
  49. de Boer P., Giepmans B.N. State-of-the-art microscopy to understand islets of Langerhans: what to expect next? // Immunol. Cell Biol. 2021. Vol. 99, N 5. Р. 509–520. doi: 10.1111/imcb.12450
  50. Bonnet-Serrano F., Diedisheim M., Mallone R., Larger E. Decreased a-cell mass and early structural alterations of the exocrine pancreas in patients with type 1 diabetes: An analysis based on the nPOD repository // PLoS One. 2018. Vol. 13, N 1. Art. e0191528. doi: 10.1371/journal.pone.0191528
  51. Tang X., Kusmartseva I., Kulkarni S., et al. Image-Based Machine Learning Algorithms for Disease Characterization in the Human Type 1 Diabetes Pancreas // Am. J. Pathol. 2021. Vol. 191, N 3. Р. 454–462. doi: 10.1016/j.ajpath.2020.11.010
  52. de Boer P., Pirozzi N.M., Wolters A.H.G., et al. Large-scale electron microscopy database for human type 1 diabetes // Nat. Commun. 2020. Vol. 11, N 1. Р. 2475. doi: 10.1038/s41467-020-16287-5

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рисунок. Основные направления применения электронной микроскопии в биобанкинге

Скачать (68KB)

© Эко-Вектор, 2024

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».