Журнал - Проблемы криобиологии 2009 №2

Подождите немного. Документ загружается.

169

PROBLEMS

OF CRYOBIOLOGY

Vol. 19, 2009, ¹2

ÏÐÎÁËÅÌÛ

ÊÐÈÎÁÈÎËÎÃÈÈ

Ò. 19, 2009, ¹2

Продолжение табл 1

Table 1 (continued)

ðîòêåòîðïîèðK

tnatcetorpoyrC

× 01

íîçàïàèÄ

,éèöàðòíåöíîê

%.ññàì

noitartnecnoC

)w/w(%,egnar

ÎÝÏ - 002

OEP - 002

66,71-30,74941,0-0 5399,00÷ 06

ÎÝÏ - 003

OEP - 003

21,81-80,441211,0-02599,00÷ 06

ÎÝÏ - 004

OEP - 004

3,42-9,111932,0-0599,00÷ 86

02,301-620,351,002-6999,086 ÷ 001

ÎÝÏ - 009

OEP - 009

296,1-63,23-5420,001699,00÷ 55

238,358,4241-23,317,104-7899,055 ÷ 001

ÎÝÏ - 0002

OEP - 0002

796,6-432,7-1200,004999,00÷ 55

05,891-6353,453,781-1269,055 ÷ 001

àçîáèÐ

esobiR

317,42-63,0512333,0-06699,00÷ 07

àçîðàõàÑ

esorcuS

240,11-849,168602,0-08199,00÷ 56

òèáðîÑ

lotibroS

8198,4-154,71-5520,0-09599,00÷ 56

àçîëàãåðÒ

esolaherT

0562,12-1390,0-0288,00÷ 07

üëîêèëãíåëèòÝ

locylgenelyhtE

05,321-9821,0-04059,00÷ 6,26

07,314-4068,773,783-529,07,26 ÷ 001

òðèïñéûâîëèòÝ

lonahtE

13,51-6,9116588,0-08659,00÷ 09

04,4041-333,822,4451-4329,05,29 ÷ 001

3,1 -ì-2-Ï

3,1 -m-2-P

06,18-1211,0-0 8499,00÷ 06

2,1 - ÄÏ

2,1 - DP

71,61-83,619933,0-08399,00÷ 56

3,1 - ÄÏ

3,1 - DP

95,24-9,0029116,0-0599,00÷ 06

3,1 - ÄÁ

3,1 - DB

04,87-3190,0-03899,00÷ 05

4,1 - ÄÁ

4,1 - DB

01,03-5776,0-07689,00÷ 04

585,256,0501-5223,715,781-2099,004 ÷ 001

3,2 - ÄÁ

3,2 - DB

08,301-5830,0-03769,00÷ 04

oveL - 3,2 - ÄÁ

oveL - 3,2 - DB

04,29-2311,0-07799,00÷ 05

lCaN0 15,871-1184,0-0999,00÷ 2,32

170

PROBLEMS

OF CRYOBIOLOGY

Vol. 19, 2009, ¹2

ÏÐÎÁËÅÌÛ

ÊÐÈÎÁÈÎËÎÃÈÈ

Ò. 19, 2009, ¹2

вых концентраций как и температура плавления

описываются полиномом 3-й степени:

∆Н = b

+ b

C+ 334,14, (2)

где b

÷b

– коэффициенты полинома (кДж/кг); С –

массовая концентрация протектора.

Значения коэффициентов полинома приведены

в табл. 2.

С криобиологической точки зрения очень важна

зависимость теплоты фазового перехода от степе-

ни переохлаждения, которое наблюдается практи-

чески при каждой процедуре замораживания био-

объектов. Чем больше степень переохлаждения

вещества, тем меньше теплоты выделяется.

Зависимость теплоты фазового перехода ве-

ществ и растворов от температуры переохлажде-

ния также может быть описана полиномом до 3-й

степени:

∆Н = d

+ d

t + d

, (3)

Примечание: * – монохлоргидрин глицерина.

Note: * – monochlorhydrin of glycerol.

Таблица 2. Значения коэффициентов уравнения (2) и дисперсии аппроксимации

для ряда водных растворов криопротекторов

Table 2. Values of equation coefficients (2) and dispersion of approximation

for series of cryoprotective aqueous solutions

of bioobject’s freezing. The higher is the degree of

substance overcooling, the less heat is released.

Dependency of phase transition heat of substances

and solutions on overcooling temperature may be also

described by the 3

degree polynomial:

∆Н = d

+ d

t + d

, (3)

where d

÷d

are polynomial coefficients with

following dimension: d

is kJ/kg, d

is kJ/(kg·°C); d

is kJ/(kg·°C)

; d

is kJ/(kg·°C)

; t is overcooling

temperature, [°C].

Fig. 9 shows the data [21, 28, 53] for dependency

of phase transition heat of water on overcooling

degree (data spread on heat reaches 119 kJ/kg). This

graph may be divided into two pronounced branches,

which were treated both apart and together, the results

are shown in Table 3.

Fig. 10 demonstrates the data on heat of phase

transition for overcooled 1,2-PD aqueous solution of

different concentration [6].

ðîòêåòîðïîèðK

tnatcetorpoyrC

íîçàïàèÄ

,éèöàðòíåöíîê

%.ññàì

noitartnecnoC

)w/w(%,egnar

êèí÷îòñÈ

ecnerefeR

íèðåöèëÃ

lorecylG

09180,0255,9-8479,00÷ 05

,63,43,03,42,8[

]73

ÎÑÌÄ

OSMD

09770,0593,01-0,10÷ 05]73[

ÎÑÝÄ

OSED

5100,0-7102,0988,21-1899,00÷ 04]65[

ÃÃÕÌ *

GHCM *

49100,0-15491,06650,8-889,00÷ 06]7[

ÏÂÏ

PVP

3310,0-7939,041,22-8989,00÷ 83]3[

ÎÝÏ - 004

OEP - 004

09742,0310,01-5089,00÷ 02]42[

àçîëàãåðÒ

esolaherT

04250,04182,7-1799,00÷ 04]26[

2,1 - ÄÏ

2,1 - DP

02501,0862,11-6689,00÷ 55

,95,73,53,23,03[

]16,06

3,1 - ÄÁ

3,1 - DB

02121,0524,11-5899,00÷ 54]95,83,73,03[

3,2 - ÄÁ

3,2 - DB

08321,0968,01-5108,00÷ 54]83,03[

oveL - 3,2 - ÄÁ

oveL - 3,2 - DB

10200,0-43152,029,31-4999,00÷ 05]73,13,03[

171

PROBLEMS

OF CRYOBIOLOGY

Vol. 19, 2009, ¹2

ÏÐÎÁËÅÌÛ

ÊÐÈÎÁÈÎËÎÃÈÈ

Ò. 19, 2009, ¹2

где d

÷d

– коэффициенты полинома,

имеющие размерность: d

– кДж/кг, d

–

кДж/(кг·°С), d

– кДж/(кг·°С

), d

–

кДж/(кг·°С

), t – температура переох-

лаждения, °С.

На рис. 9 приведены данные [21, 28,

53] для зависимости теплоты фазового

перехода воды от степени переохлаж-

дения (разброс данных по теплоте дохо-

дит до 119 кДж/кг). Можно разделить

этот график на две ярко выраженные

ветви, которые были обработаны как

раздельно, так и совместно, результаты

приведены в табл. 3.

На рис. 10 представлены данные по

теплоте фазового перехода для переох-

Таблица 3. Коэффициенты уравнения (3) и дисперсия

аппроксимации для воды

Table 3. Equation coefficients (3) and dispersion

of approximation for water

лажденных водных растворов 1,2-ПД различной

концентрации [6].

Кроме того, были обработаны данные по

теплоте фазового перехода переохлажденных вод-

ных растворов ММЭГ и МЭЭГ. Результаты обра-

ботки приведены в табл. 4.

Âûâîäû

Как видно из графиков разброс данных по зна-

чениям температуры и теплоты плавления для

одних и тех же концентраций водных растворов

криопротекторов, полученных из нескольких источ-

ников, весьма существенен, что затрудняет приме-

нение указанных данных как справочного мате-

риала.

100

150

200

250

300

350

400

-40 -30 -20 -10 0

150

170

190

210

230

250

270

-35 -30 -25 -20 -15

Рис. 9. Зависимость скрытой теплоты фазового перехода

воды от переохлаждения:  – данные из [29, 54];  –

данные из [21];

– совместно обработанные данные.

Fig. 9. Dependency of latent heat of water phase transition

on overcooling:  – data from [29, 54];  – data from [21];

– co-processed data.

Рис. 10. Зависимость теплоты фазового перехода водных

растворов 1,2-ПД от температуры при разных концент-

рациях, %: 0 – 10,4;  – 20,5;  – 30,3;  – 40,6.

Fig. 10. Dependency of heat of phase transition for 1,2-PD

aqueous solutions on temperature under various concen-

trations, %: 0 – 10.4;  – 20.5;  – 30.3;  – 40.6.

Additionally the data on heat of phase transition

for overcooled MMEG and MEEG aqueous solutions

[6] were processed. The processing results are

shown in Table 4.

Conclusion

As shown in graphs, the data spread on values of

temperature and melting heat for the same concentra-

tions of cryoprotective aqueous solutions, obtained from

several sources, is quite significant, that compli-cates

applying the mentioned data as the reference data.

Obtained by us literature data-based empirical

dependencies of melting temperatures of aqueous

solutions for 38 cryoprotectants on their concentration,

are demonstrated.

Температура, °C

Temperature, °C

∆H, кДж/кг

∆H, kJ/kg

Температура, °C

Temperature, °C

∆H, кДж/кг

∆H, kJ/kg

üâòåÂ

àêèôàðã

ehtfomrA

evruc

íîçàïàèÄ

,ðóòàðåïìåò

°C

erutarepmeT

,egnar °C

ÿÿíõðåÂ

poT

4310,0-7429,143,4332759,083- ÷0

ÿÿíæèÍ

mottoB

1910,0926,637,3338999,053- ÷0

ÿàùáÎ

latoT

07653,341,4335225,083- ÷0

172

PROBLEMS

OF CRYOBIOLOGY

Vol. 19, 2009, ¹2

ÏÐÎÁËÅÌÛ

ÊÐÈÎÁÈÎËÎÃÈÈ

Ò. 19, 2009, ¹2

Таблица 4. Коэффициенты уравнения (3) и дисперсии аппроксимации для 1,2-ПД, ММЭГ, МЭЭГ

Table 4. Coefficients of equation (3) and dispersion of approximation for 1,2-PD, MMEG, MEEG

Литература

Абакумова Н.А. Междучастичное взаимодействие в би-

нарных системах растворитель (Н

О) – растворенное

вещество (апротонные и протонные диполярные орга-

нические вещества): Дис. ... канд. хим. наук. – М., 1982.–

232 с.

Белоус А.М., Грищенко В.И. Криобиология.– Киев: Наук.

думка, 1994.– 431 с.

Белоус А.М., Шраго М.И., Пушкарь Н.С. Криоконсерван-

ты.– Киев: Наук. думка, 1979.– 198 с.

References

Abakumova N.A. Interaction between particles in binary sys-

tems of solvent (H

O) – solute (aprotonic and protonic dipolar

organic substances): Thesis of candidate of chemical scien-

ces.– Moscow: 1982.– 232 p.

Belous A.M., Grischenko V.I. Cryobiology.– Kiev: Naukova

dumka, 1994.– 431p.

Belous A.M., Shrago M.I., Pushkar N.S. Cryopreservatives.–

Kiev: Naukova dumka, 1979.– 198 p.

Belousov V.P., Morachevsky A.G., Panov M.Yu. Thermal

properties of non-electrolyte solutions: Reference book.–

Leningrad: Khimiya, 1981.– 264 p.

Bidny S.Yu., Averiyanov M.V., Serebryakov V.G. et al. Phase

transformation in dimethyl acetamide-water system // In:

Physical and chemical properties and biological effect of

cryoprotectants / Ed. by V.I. Lugovoy.– Kharkov, 1990.– P. 5–8.

Приведены полученные нами на основании

данных литературы эмпирические зависимости

температуры плавления водных растворов 38 крио-

протекторов от их концентрации.

Построены эмпирические формулы для расчета

значений скрытой теплоты плавления водных раст-

воров 11 криопротекторов в зависимости от их

массовой концентрации.

Получены зависимости скрытой теплоты плав-

ления от степени переохлаждения воды и водных

растворов трех криопротекторов разной концент-

рации.

Empirical formulae to calculate the values of latent

melting heat of aqueous solutions of 11 cryoprotec-

tants depending on their mass concentration, are built.

There are obtained the dependencies of latent

melting heat on overcooling degree for water and

aqueous solutions of three differently concentrated

cryoprotectants.

,àâòñåùåâÿèöàðòíåöíîK

%åûâîññàì

)w/w(%,noitartnecnocetuloS

íîçàïàèÄ

,ðóòàðåïìåò °C

erutarepmeT

,egnar °C

ÄÏ-2,1

DP-2,1

4,013040,06584,383,3013,8421879,043- ÷ 02-

5,024140,0-7390,3-880,96-50,512-7599,043- ÷ 02-

3,036230,08661,378,4014,2631799,043- ÷ 22-

6,044620,0-9708,1-415,13-27,6417789,043- ÷ 22-

ÃÝÌÌ

GEMM

4,59430,0-1193,2-573,54-423,627299,033- ÷ 31-

5,017330,0-1153,2-5,64-121,41-3299,033- ÷ 61-

120 4395,0547,6361,3579389,033- ÷ 02-

1,136961,0473,4129,7043,27047989,033- ÷ 42-

6,04052,1870,677,82311389,033- ÷ 62-

9,941832,0170,224,38684270,133- ÷ 62-

ÃÝÝÌ

GEEM

9,91940,0-7445,3-294,77-3,803-9889,013- ÷ 81-

9,910 9342,0-956,5-99,9915479,013- ÷ 81-

4,033150,0-119,3-999,09-70,044-2899,013- ÷ 81-

2,145660,0-3639,4-47,411-45,836-4999,013- ÷ 81-

050 3336,07,7370,2270,113- ÷ 62-

173

PROBLEMS

OF CRYOBIOLOGY

Vol. 19, 2009, ¹2

ÏÐÎÁËÅÌÛ

ÊÐÈÎÁÈÎËÎÃÈÈ

Ò. 19, 2009, ¹2

Белоусов В.П., Морачевский А.Г., Панов М.Ю. Тепловые

свойства растворов неэлектролитов. Справочник.– Л.:

Химия, 1981.– 264 с.

Бидный С.Ю., Аверьянов М.В., Серебряков В.Г. и др. Фа-

зовые превращения в системе диметилацетамид-вода //

Физико- химические свойства и биологическое действие

криопротекторов: Сб. статей / Под ред. В.И. Лугового.–

Харьков, 1990.– С. 5–8.

Бидный С.Ю., Бронштейн В.Л. Измерение удельной

теплоты плавления льда в замороженных растворах

полиолов // Деп. в ВИНИТИ N5740-85.

Бидный С.Ю., Кощий С.В., Гучок В.М., Шраго М.И. Некото-

рые физико-химические свойства и токсичность водных

растворов монохлоргидрина глицерина // Пробл.

криобиологии.– 1994.– №2.– С. 21–25.

Бидный С.Ю., Тимошенко Ю.П., Иванова Е.Ф. Исследо-

вание термодинамических свойств водных растворов

глицерина // Криобиология и криомедицина.– 1983.– Вып.

11.– С. 43–47.

Богданов Н.С., Иванов О.П., Куприянова А.В. Холодиль-

ная техника. Свойства веществ: Справочник.– М.: Агро-

промиздат, 1985.– 208 с.

Карапетян Ю.А., Эйчис В.М. Физико-химические свойст-

ва электролитных неводных растворов.– М.: Химия,

1989.– 256 с.

Компаниец А.М., Николенко А.В., Чеканова В.В., Троц Ю.П.

Криоконсервирование эритроцитов под защитой олиго-

мера оксиэтилированного глицерина (n = 25) // Пробл.

криобиологии.– 2005.– Т. 15, №3.– С. 561–565.

Краткий справочник физико-химических величин.– Л.:

Химия, 1983.– 232 с.

Кухлинг Х. Справочник по физике.– М.: Мир, 1985. – 520 с.

Линник Т.П. Амиды алифатических кислот – эффектив-

ные криопротекторы. I. Физико-химические свойства

соединений ряда амидов // Пробл. криобиологии. – 1998.–

№3.– С. 21–27.

Линник Т.П. Физико-химические факторы криоповреж-

дений и криозащиты сперматозоидов петухов в цикле

низкотемпературного консервирования: Дис. ... доктора

биол. наук.– Харьков, 2003.– 328 с.

Новиков А.Н., Линник Т.П. Влияние физико-химических

свойств криопротекторов на скорость роста и размер

кристаллов льда в модельных системах // Физико- хими-

ческие свойства и биологическое действие криопротек-

торов: Сб. статей / Под ред. В.И.Лугового.– Харьков,

1990.– С. 99–103.

Новиков А.Н., Пичугин Ю.И., Линник Т.П. Влияние

криопротекторов и ряда органических добавок на

процесс рекристаллизации льда в модельных системах //

Пробл. криобиологии.– 1992.– №2.– С. 20–23.

Пушкарь Н.С., Белоус А.М., Иткин Ю.А. и др. Низкотемпе-

ратурная кристаллизация в биологических системах.–

Киев: Наук. думка, 1973.– 243 с.

Пушкарь Н.С., Тимошенко Ю.П., Лобынцева Г.С., Щер-

бак Г.В. Современное состояние проблем разморажива-

ния органов и тканей // Итоги науки и техники. Сер.

Биофизика.– 1978.– Т. 9.– С. 8–52.

Пушкарь Н.С., Шраго М.И., Белоус А.М. Криопротекторы.–

Киев: Наук. думка, 1978. – 204 с.

Сморыгин Г.И. Особенности кристаллизации неподвиж-

ной переохлажденной воды // Материалы Всесоюз.

совещания “Проблемы инженерной гляциологии”.–

Новосибирск, 1986.– С. 16–23.

Таблицы физических величин: Справочник / Под ред.

И.К. Кикоина.– М.: Атомиздат, 1976.– 1008 с.

Теплотехнический справочник. Т. 1 / Под ред. В.Н. Юрене-

ва и П.Д. Лебедева.– М.: Энергия, 1975.– 744 с.

Тимошенко Ю.П. Исследование процесса теплопере-

носа при замораживании биологических объектов:

Дис. ... канд. техн. наук.– Харьков, 1982.– 148 с.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

21.

22.

23.

24.

Bidny S.Yu., Bronshtein B.L. Measurement of ice specific

heat of fusion of ice in frozen solutions of polyols / Dep. in

VINITI N 5740-85.

Bidny S.Yu., Koschiy S.V., Guchok V.M., Shrago M.I. Some

physico-chemical properties and toxicity of monochloro-

hydrine glycerol aqueous solutions // Problems of Cryobio-

logy.– 1994.– N2.– P. 21–25.

Bidny S.Yu., Timoshenko Yu.P., Ivanova E.F. Study of

thermodynamic properties of glycerol aqueous solutions//

Kriobiologiya i Kriomeditsina.– 1983.– Issue 11.– P. 43–47.

Bogdanov N.S., Ivanov O.P., Kupriyanova A.V. Refrigerating

appliances. Properties of substances: Reference book.–

Moscow: Agropromizdat, 1985.– 208 p.

Karapetyan Yu.A., Eichis V.M. Physical and chemical proper-

ties of electrolyte non-water solutions.– Moscow: Khimiya,

1989.– 256 p.

Kompaniets A.M., Nikolenko A.V., Chekanova V.V., Trots Yu.P.

Cryopreservation of erythrocytes under protection of

oxyethylated glycerol oligomer (n = 25) // Problems of

Cryobiology.– 2005.– Vol. 15, N3.– P. 561–565.

Short reference book of physical and chemical values.–

Leningrad: Khimiya, 1983.– 232 p.

Kukhling Kh. Reference book on physics.– Moscow: Mir,

1985.– 520 p.

Linnik T.P. Amides of aliphatic acids are effective cryo-

protectants. I. Physical-chemical properties of the compounds

out of the amid series // Problems of Cryobiology.– 1998.–

N3.– P. 21–27.

Linnik T.P. Physical and chemical factors of cryodamages

and cryoprotection of fowl spermatozoa in the cycle of low

temperature preservation: Thesis of Doctor of Biol. Sciences.–

Kharkov, 2003.– 328 p.

Novikov A.N., Linnik T.P. Effect of physical and chemical

properties of cryoprotectants on growth rate and size of ice

crystals in model systems // In: Physical and chemical

properties and biological effect of cryoprotectants / Ed. by

V.I. Lugovoy.– Kharkov, 1990.– P. 99–103.

Novikov A.N., Pichugin Yu.I., Linnik T.P. The effect of cryo-

protectants and some organic additives on the recrystal-

lization in model systems // Problems of Cryobiology.– 1992.–

N2.– P. 20–23.

Pushkar N.S., Belous A.M., Itkin Yu.A. et al. Low temperature

crystallisation in biological systems.– Kiev: Naukova dumka,

1973.– 243 p.

Pushkar N.S., Timoshenko Yu.P., Lobyntseva G.S., Scher-

bak G.V. Actual state of problems of freeze-thawing of

organs and tissues // Itogi Nauki i Tekhniki. Biophysics Series.–

1978.– Vol. 9.– P. 8–52.

Pushkar N.S., Shrago M.I., Belous A.M. Cryoprotectants.–

Kiev: Nauk. Dumka, 1978.– 204 p.

Smorygin G.I. Peculiarities of crystallisation of immobile over-

cooled water // Problems of engineering glaciology. Proc. of

All-Union Meeting.– Novosibirsk, 1986.– P. 16–23.

Tables of physical values. Reference book / Ed. by I.K. Kikoin.–

Moscow: Atomizdat, 1976.– 1008 p.

Thermotechnical reference book. Vol. 1 / Ed. by V.N. Yurenev

and P.D. Lebedev.– Moscow: Energiya, 1975.– 744 p.

Timoshenko Yu.P. Study of heat transfer process during

freezing of biologic objects: Thesis of Candidate of Technical

Sciences.– Kharkov, 1982.– 148 p.

Angell C.A., Senapati H. Crystallization and vitrification in

cryoprotected aqueous systems // In: The biophysics of organ

cryopreservation / Ed. by: D.E. Pegg and A.M.Karow.– New

York, Plenum, 1987.– P. 147–171.

Baudot A., Bret J.L. A simple capacitive cell for the measu-

rement of liquids dielectric constant under transient thermal

conditions // Cryo-Letters.– 2003.– Vol. 24, N1.– P. 5–16.

Baudot A., Odagescu V. Thermal properties of ethylene glycol

aqueous solutions // Cryobiology.– 2004.– Vol. 48, N3.– P. 283–

294.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

21.

22.

23.

24.

25.

26.

27.

174

PROBLEMS

OF CRYOBIOLOGY

Vol. 19, 2009, ¹2

ÏÐÎÁËÅÌÛ

ÊÐÈÎÁÈÎËÎÃÈÈ

Ò. 19, 2009, ¹2

Angell C.A., Senapati H. Crystallization and vitrification in

cryoprotected aqueous systems // In: The biophysics of organ

cryopreservation / Ed. by: D.E. Pegg and A.M.Karow.– New

York, Plenum, 1987.– P. 147–171.

Baudot A., Bret J.L. A simple capacitive cell for the measu-

rement of liquids dielectric constant under transient thermal

conditions // Cryo-Letters.– 2003.– Vol. 24, N1.– P. 5–16.

Baudot A., Odagescu V. Thermal properties of ethylene glycol

aqueous solutions // Cryobiology.– 2004.– Vol. 48, N3.– P. 283–294.

Boutron P. More accurate determination of the quantity of ice

crystallized at low cooling rates in the glycerol and 1,2-propa-

nediol aqueous solutions: coparison with equilibrium //

Cryobiology.– 1984.– Vol. 21, N2.– P. 183–191.

Boutron P. Comparison with the theory of the kinetics and

extent of ice crystallization and of the glass-forming tendency

in aqueous cryoprotective solutions // Cryobiology.– 1986.–

Vol. 23, N1.– P. 88–102.

Boutron P. Glass-forming tendency and stability of the

amorphous state in solutions of a 2,3-butanediol containing

mainly the levo and dextro isomers in water, buffer, and Euro-

Collins // Cryobiology.– 1993.– Vol. 30, N1.– P. 86–97.

Boutron P. Levo- and dextro-2,3-butanediol and their racemic

mixture: very efficient solutes for vitrification // Cryobiology.–

1990.– Vol. 27, N1.– P. 55–69.

Boutron P., Delage D., Roustit B., Korber Ch. Ternary systems

with 1,2- propanediol. – A new gain in the stability of the

amorphous state in the system water–1,2-propanediol–

1-propanol // Cryobiology.– 1982.– Vol. 19, N5.– P. 550–564.

Boutron P., Kaufmann A. Stability of the amorphous state in

the system water-glycerol-dimethylsulfoxide// Cryobiology.–

1978.– Vol. 15, N1.– P. 93–108.

Boutron P., Kaufmann A. Stability of the amorphous state in

the system water-glycerol-ethylene glycol // Cryobiology.–

1979.– Vol. 16, N1.– P. 83–89.

Boutron P., Kaufmann A. Stability of the amorphous state in

the system water–1,2-propanediol // Cryobiology.– 1979.–

Vol. 16, N6.– P. 557–568.

Boutron P., Kaufmann A., Dang N.V. Maximum in the stability

of the amorphous state in the system water-glycerol-

ethanol // Cryobiology.– 1979.– Vol. 16, N4.– P. 372–389.

Boutron P., Mehl P. Theoretical prediction of devitrification

tendency: determination of critical warming rates without

using finite expansions // Cryobiology.– 1990.– Vol. 27, N4.–

P. 359–377.

Boutron P., Mehl P., Kaufmann A., Angiband P. Glass - forming

tendency and stability of the amorphous state in the aqueous

solutions of linear polyalcohols with four carbons. I. Binary

systems water-polyalcohol // Cryobiology.– 1986.– Vol. 23,

N5.– P. 453–469.

1,4-butanediol properties. BASF Diols. Products [Электрон-

ный ресурс] // [web-сайт] www.basf.com/diols/bcdiolsbdo_

properties.html (5.08.2008).

Chang Z.H., Baust J.G. Stability of concentrated sorbitol solu-

tions in the glassy state // Cryo-Letters.– 1991.– Vol. 12,

N1.– P. 23–30.

Chang Z., Baust J.G. Further injury into the cryobehavior of

aqueous solutions of glycerol // Cryobiology.– 1991.– Vol. 28,

N3.– P. 268–278.

Chang Z.H., Hansen T.N., Baust J.G. The effect of antifreeze

protein on the devitrification of a cryoprotective system //

Cryo-Letters.– 1991.– Vol. 12, N4.– P. 215–226.

Donzon P. Cryoenzymology // Cryobiology. – 1983. – Vol. 20,

N5.– P. 625–635.

Franks F., Asquith M.H., Hammond C.C., Skaer H.B., Echlin P.

Polymeric cryoprotectants in the preservation of biological

ultrastructure. I. Low temperature states of aqueous solutions

of hydrophylic polymers // J. Microscopy.– 1977.– Vol. 110,

Pt. 3.– P. 223–238.

25.

26.

27.

28.

29.

30.

31.

32.

33.

34.

35.

36.

37.

38.

39.

40.

41.

42.

43.

44.

Boutron P. More accurate determination of the quantity of ice

crystallized at low cooling rates in the glycerol and 1,2-propa-

nediol aqueous solutions: coparison with equilibrium //

Cryobiology.– 1984.– Vol. 21, N2.– P. 183–191.

Boutron P. Comparison with the theory of the kinetics and

extent of ice crystallization and of the glass-forming tendency

in aqueous cryoprotective solutions // Cryobiology.– 1986.–

Vol. 23, N1.– P. 88–102.

Boutron P. Glass-forming tendency and stability of the

amorphous state in solutions of a 2,3-butanediol containing

mainly the levo and dextro isomers in water, buffer, and Euro-

Collins // Cryobiology.– 1993.– Vol. 30, N1.– P. 86–97.

Boutron P. Levo- and dextro-2,3-butanediol and their racemic

mixture: very efficient solutes for vitrification // Cryobiology.–

1990.– Vol. 27, N1.– P. 55–69.

Boutron P., Delage D., Roustit B., Korber Ch. Ternary systems

with 1,2- propanediol. – A new gain in the stability of the

amorphous state in the system water–1,2-propanediol–

1-propanol // Cryobiology.– 1982.– Vol. 19, N5.– P. 550–564.

Boutron P., Kaufmann A. Stability of the amorphous state in

the system water-glycerol-dimethylsulfoxide// Cryobiology.–

1978.– Vol. 15, N1.– P. 93–108.

Boutron P., Kaufmann A. Stability of the amorphous state in

the system water-glycerol-ethylene glycol // Cryobiology.–

1979.– Vol. 16, N1.– P. 83–89.

Boutron P., Kaufmann A. Stability of the amorphous state in

the system water–1,2-propanediol // Cryobiology.– 1979.–

Vol. 16, N6.– P. 557–568.

Boutron P., Kaufmann A., Dang N.V. Maximum in the stability

of the amorphous state in the system water-glycerol-

ethanol // Cryobiology.– 1979.– Vol. 16, N4.– P. 372–389.

Boutron P., Mehl P. Theoretical prediction of devitrification

tendency: determination of critical warming rates without

using finite expansions // Cryobiology.– 1990.– Vol. 27, N4.–

P. 359–377.

Boutron P., Mehl P., Kaufmann A., Angiband P. Glass - forming

tendency and stability of the amorphous state in the aqueous

solutions of linear polyalcohols with four carbons. I. Binary

systems water-polyalcohol // Cryobiology.– 1986.– Vol. 23,

N5.– P. 453–469.

1,4-butanediol properties. BASF Diols. Products [Electronic

resource] // [web-site] www.basf.com/diols/bcdiolsbdo_

properties.html (5.08.2008).

Chang Z.H., Baust J.G. Stability of concentrated sorbitol solu-

tions in the glassy state // Cryo-Letters.– 1991.– Vol. 12,

N1.– P. 23–30.

Chang Z., Baust J.G. Further injury into the cryobehavior of

aqueous solutions of glycerol // Cryobiology.– 1991.– Vol. 28,

N3.– P. 268–278.

Chang Z.H., Hansen T.N., Baust J.G. The effect of antifreeze

protein on the devitrification of a cryoprotective system //

Cryo-Letters.– 1991.– Vol. 12, N4.– P. 215–226.

Donzon P. Cryoenzymology // Cryobiology. – 1983. – Vol. 20,

N5.– P. 625–635.

Franks F., Asquith M.H., Hammond C.C., Skaer H.B., Echlin P.

Polymeric cryoprotectants in the preservation of biological

ultrastructure. I. Low temperature states of aqueous solutions

of hydrophylic polymers // J. Microscopy.– 1977.– Vol. 110,

Pt. 3.– P. 223–238.

Franks F., Reid D.S., Suggett A. Conformation and hydration

of sugars and related compounds in dilute aqueous solution //

J. Solution Chem.–1973.– Vol. 2, N2/3.– P. 99–105.

Freezing point of water/glycol solutions. Ketema LP

[Electronic resource] // [web-site] www. ketemalp.com/pdfs/

glycol_freezing_point_table.pdf (1.03.2007).

Freitas R.A. Nanomedicine. V.1. Basic Capabilities.–

Georgetown: Landes Bioscience, 1999 [Electronic resource] //

[web-site] www.nanomedicine.com/NMI.htm (7.11.2007).

28.

29.

30.

31.

32.

33.

34.

35.

36.

37.

38.

39.

40.

41.

42.

43.

44.

45.

46.

47.

175

PROBLEMS

OF CRYOBIOLOGY

Vol. 19, 2009, ¹2

ÏÐÎÁËÅÌÛ

ÊÐÈÎÁÈÎËÎÃÈÈ

Ò. 19, 2009, ¹2

Franks F., Reid D.S., Suggett A. Conformation and hydration

of sugars and related compounds in dilute aqueous solution //

J. Solution Chem.–1973.– Vol. 2, N2/3.– P. 99–105.

Freezing point of water/glycol solutions. Ketema LP

[Электронный ресурс] // [web-сайт] www. ketemalp.com/

pdfs/glycol_freezing_point_table.pdf (1.03.2007).

Freitas R.A. Nanomedicine. V.1. Basic Capabilities.–

Georgetown: Landes Bioscience, 1999 [Электронный

ресурс] // [web-сайт] www.nanomedicine.com/NMI.htm

(7.11.2007).

Green J.W., Hoffman J.F. A study of isotonic solutions for

the erythrocytes of some marine teleosts and elasmo-

branchs // Biol. Bull.– 1953.– Vol. 105, N2.– P. 289–295.

Goff H.D., Caldwell K.B., Stanley D.W., Maurice T.J. The

influence of polysaccharides on the glass transition in frozen

sucrose solution and ice cream // J. Dairy Sci.– 1993.– Vol. 76,

N5.– P. 1268–1277.

Hey J.M., Macfarlane D.R. Crystallization of ice in aqueous

solutions of glicerol and dimethyl sulfoxide // Cryobiology. –

1996.– Vol. 33, N2.– P. 205–216.

Knauf M.J., Burcham T.S., Osuga D.T. et al. Comparisons of

the freezing and melting characteristics of antifreeze

glycoproteins and other substances // Cryo-Letters.– 1982.–

Vol. 3, N4.– P. 221–226.

Körber Ch., Sheiwe M.W., Boutron P., Rau G. The influense

of hydroxyetyl starch on ice formation in aqueous solution //

Cryobiology.– 1982.– Vol. 19, N5.– P. 478–492.

Lindstrom O.M. Assessment of freezing injury of cold-

hardened undercooled leaves of Solanum commersonii //

Cryo-Letters.– 1983.– Vol. 4, N6.– P. 361–370.

MacFarlane D.R. Devitrification in glass-forming aqueous

solutions // Cryobiology.– 1986.– Vol. 23, N3.– P. 230–244.

MacKenzie A.P., Rasmussen D. Interactions in water-

polyvinylpyrrolidone systems at low temperatures // In: Water

structure at the water-polymer interface / Ed. by H.H.G. Jelli-

nek.– New York, Plenum, 1972.– P. 146–172.

Markarian S.A., Bonora S., Bagramyan K.A., Arakelyan V.B.

Glass-forming property of the system diethyl sulphoxide/

water and its cryoprotective action on Escherichia coli survi-

val // Cryobiology.– 2004.– Vol. 49, N1.– P. 1–9.

Martinez I. Liquid properties [Электронный ресурс] // [web-

сайт] http://imartinez.etsin.upm.es/dat1/eLIQ.htm (12.01.

2005).

Mehl P.M. Remarks on the determination of critical warming

rates in amorphous aqueous solutions relevant to cryopre-

servation by vitrification // Cryo-Letters.– 1993.– Vol. 14, N1.–

P. 21–30.

Mehl P., Boutron P. Glass-forming tendency and stability of

the amorphous state in the aqueous solutions of linear

polyalcohols with four carbons. II. Ternary systems with

water, 1,2-propanediol or 1,3-butanediol or 2,3-butanediol //

Cryobiology.– 1987.– Vol. 24, N4.– P. 355–367.

Mehl P., Boutron P. Stability of the amorphous state in the

system water-1,2-propanediol-methanol // Cryo-Letters.–

1985.– Vol. 6, N6.– P. 343–352.

Mehl P., Boutron P. Ternary system with 65% (w/w) water,

1,2-propanediol and 1,2-butanediol: glass-forming tendency

and stability of the amorphous state // Cryo-Letters.–1987.–

Vol. 8, N2.– P. 64–73.

Nicolajsen H., Hvidt A. Phase behavior of the system trehalo-

se-NaCl-H

O // Cryobiology.– 1994.– Vol. 31, N2.– P. 199–205.

N,N-Dimethylacetamide [Электронный ресурс] // [web-

сайт] http://chemicalland21.com/industrialchem/solalc/n,n-

DIMETHYLACETAMIDE.htm (15.11.2006).

Pegg D.E. Equations for obtaining melting points and eutectic

temperatures for the ternary system dimethyl sulphoxide/

sodium chloride/water // Cryo-Letters. – 1986. – Vol. 7, N6.–

P. 387–394.

45.

46.

47.

48.

49.

50.

51.

52.

53.

54.

55.

56.

57.

58.

59.

60.

61.

62.

63.

64.

Green J.W., Hoffman J.F. A study of isotonic solutions for

the erythrocytes of some marine teleosts and elasmo-

branchs // Biol. Bull.– 1953.– Vol. 105, N2.– P. 289–295.

Goff H.D., Caldwell K.B., Stanley D.W., Maurice T.J. The

influence of polysaccharides on the glass transition in frozen

sucrose solution and ice cream // J. Dairy Sci.– 1993.– Vol. 76,

N5.– P. 1268–1277.

Hey J.M., Macfarlane D.R. Crystallization of ice in aqueous

solutions of glicerol and dimethyl sulfoxide // Cryobiology. –

1996.– Vol. 33, N2.– P. 205–216.

Knauf M.J., Burcham T.S., Osuga D.T. et al. Comparisons of

the freezing and melting characteristics of antifreeze

glycoproteins and other substances // Cryo-Letters.– 1982.–

Vol. 3, N4.– P. 221–226.

Körber Ch., Sheiwe M.W., Boutron P., Rau G. The influense

of hydroxyetyl starch on ice formation in aqueous solution //

Cryobiology.– 1982.– Vol. 19, N5.– P. 478–492.

Lindstrom O.M. Assessment of freezing injury of cold-

hardened undercooled leaves of Solanum commersonii //

Cryo-Letters.– 1983.– Vol. 4, N6.– P. 361–370.

MacFarlane D.R. Devitrification in glass-forming aqueous

solutions // Cryobiology.– 1986.– Vol. 23, N3.– P. 230–244.

MacKenzie A.P., Rasmussen D. Interactions in water-

polyvinylpyrrolidone systems at low temperatures // In: Water

structure at the water-polymer interface / Ed. by H.H.G. Jelli-

nek.– New York, Plenum, 1972.– P. 146–172.

Markarian S.A., Bonora S., Bagramyan K.A., Arakelyan V.B.

Glass-forming property of the system diethyl sulphoxide/

water and its cryoprotective action on Escherichia coli survi-

val // Cryobiology.– 2004.– Vol. 49, N1.– P. 1–9.

Martinez I. Liquid properties [Electronic resource] // [web-

site] http://imartinez.etsin.upm.es/dat1/eLIQ.htm (12.01.2005).

Mehl P.M. Remarks on the determination of critical warming

rates in amorphous aqueous solutions relevant to

cryopreservation by vitrification // Cryo-Letters.– 1993.– Vol.

14, N1.– P. 21–30.

Mehl P., Boutron P. Glass-forming tendency and stability of

the amorphous state in the aqueous solutions of linear

polyalcohols with four carbons. II. Ternary systems with

water, 1,2-propanediol or 1,3-butanediol or 2,3-butanediol //

Cryobiology.– 1987.– Vol. 24, N4.– P. 355–367.

Mehl P., Boutron P. Stability of the amorphous state in the

system water-1,2-propanediol-methanol // Cryo-Letters.–

1985.– Vol. 6, N6.– P. 343–352.

Mehl P., Boutron P. Ternary system with 65% (w/w) water,

1,2-propanediol and 1,2-butanediol: glass-forming tendency

and stability of the amorphous state // Cryo-Letters.–1987.–

Vol. 8, N2.– P. 64–73.

Nicolajsen H., Hvidt A. Phase behavior of the system

trehalose-NaCl-H

O // Cryobiology.– 1994.– Vol. 31, N2.–

P. 199–205.

N,N-Dimethylacetamide [Electronic resource] // [web-site]

http://chemicalland21.com/industrialchem/solalc/n,n-

DIMETHYLACETAMIDE.htm (15.11.2006).

Pegg D.E. Equations for obtaining melting points and eutectic

temperatures for the ternary system dimethyl sulphoxide/

sodium chloride/water // Cryo-Letters. – 1986. – Vol. 7, N6.–

P. 387–394.

Pegg D.E., Arnaund F.G. Equation for obtaining melting points

in the quaternary system propane-1,2-diol/glycerol/sodium

chloride/water // Cryo-Letters.– 1988.– Vol. 9, N6.– P. 404–

417.

Physical properties of solutions. Fundamentals of chemistry

[Electronic resource] // [web-site] http://genchem.chem.

wisc.edu/sstutorial/ Text11/ Tx117/tx117.html (26.05.2007).

Physical properties. Optim

Glycerine [Electronic resource] //

[web-site] www.dow.com/glycerine/resources/physical

prop.htm (11.09.2008).

48.

49.

50.

51.

52.

53.

54.

55.

56.

57.

58.

59.

60.

61.

62.

63.

64.

65.

66.

67.

176

PROBLEMS

OF CRYOBIOLOGY

Vol. 19, 2009, ¹2

ÏÐÎÁËÅÌÛ

ÊÐÈÎÁÈÎËÎÃÈÈ

Ò. 19, 2009, ¹2

Pegg D.E., Arnaund F.G. Equation for obtaining melting points

in the quaternary system propane-1,2-diol/glycerol/sodium

chloride/water // Cryo-Letters.– 1988.– Vol. 9, N6.– P. 404–

417.

Physical properties of solutions. Fundamentals of chemistry

[Электронный ресурс] // [web-сайт] http://genchem.chem.

wisc.edu/sstutorial/ Text11/ Tx117/tx117.html (26.05.2007).

Physical properties. Optim

Glycerine [Электронный

ресурс] // [web-сайт] www.dow.com/glycerine/resources/

physicalprop.htm (11.09.2008).

Kencro chemicals. Product: propylene glycol [Электронный

ресурс] // [web-сайт] www.kencro.ca/PDF/PROPGLYC.pdf

(30.01.2008).

Reid D.S. Thermal analysis of biological systems // In: Low

temperature biotechnology. Emering applications and

engineering contributions / Ed. by: J.J. McGrath, K.R. Diller.–

New York: Amer. Soc. of Mech. Eng., 1988.– P. 363–376.

Shafizadeh F., Susott R.A. Crystalline transitions of carbo-

hydrates // J. Org. Chem.– 1973.– Vol. 38, N21.– P. 3710–

3715.

Sutton R.L., Pegg D.E. Devitrification in butane-2,3-diol

solutions containing anti-freeze-peptide // Cryo-Letters.–

1993.– Vol. 14, N1.– P. 13–20.

Takahashi T., Hammett M.F., Cho M.S. Multifaceted freezing

injury in polymorphonuclear cells at high subfreezing tempe-

ratures // Cryobiology.– 1985.– Vol. 22, N3.– P. 215–236.

The engineering tool box. Tools and basic information for

design, engineering and construction of technical applications

[Электронный ресурс] // [web-сайт] www.engineering

toolbox.com (6.11.2007).

Viking technical data [Электронный ресурс] // [web-сайт]

www.vikingcorp.com (9.12.2007).

WINTREX. Ethylene glycol heat transfer fluid [Электронный

ресурс] // [web-сайт] www.houghtonchemical.com/fluids/

wintrex/index.htm (28.10.2006).

Wowk B., Darwin M., Harris S.B. et al. Effects of solute

methoxylation on glass-forming ability and stability of vitrifica-

tion solutions // Cryobiology.– 1999.– Vol. 39, N3.– P. 215–

227.

Поступила 16.02.2009

Рецензент Т.П. Линник

65.

66.

67.

68.

69.

70.

71.

72.

73.

74.

75.

76.

Kencro chemicals. Product: propylene glycol [Electronic

resource] // [web-site] www.kencro.ca/PDF/PROPGLYC.pdf

(30.01.2008).

Reid D.S. Thermal analysis of biological systems // In: Low

temperature biotechnology. Emerging applications and

engineering contributions / Ed. by: J.J. McGrath, K.R. Diller.–

New York: Amer. Soc. of Mech. Eng., 1988.– P. 363–376.

Shafizadeh F., Susott R.A. Crystalline transitions of carbo-

hydrates // J. Org. Chem.– 1973.– Vol. 38, N21.– P. 3710–

3715.

Sutton R.L., Pegg D.E. Devitrification in butane-2,3-diol

solutions containing anti-freeze-peptide // Cryo-Letters.–

1993.– Vol. 14, N1.– P. 13–20.

Takahashi T., Hammett M.F., Cho M.S. Multifaceted freezing

injury in polymorphonuclear cells at high subfreezing tempe-

ratures // Cryobiology.– 1985.– Vol. 22, N3.– P. 215–236.

The engineering tool box. Tools and basic information for

design, engineering and construction of technical applications

[Electronic resource] // [web-site] www.engineering

toolbox.com (6.11.2007).

Viking technical data [Electronic resource] // [web-site]

www.vikingcorp.com (9.12.2007).

WINTREX. Ethylene glycol heat transfer fluid [Electronic

resource] // [web-site] www.houghtonchemical.com/fluids/

wintrex/index.htm (28.10.2006).

Wowk B., Darwin M., Harris S.B. et al. Effects of solute

methoxylation on glass-forming ability and stability of vitrifica-

tion solutions // Cryobiology.– 1999.– Vol. 39, N3.– P. 215–

227.

Accepted in 16.02.2009

68.

69.

70.

71.

72.

73.

74.

75.

76.

177

PROBLEMS

OF CRYOBIOLOGY

Vol. 19, 2009, ¹2

ÏÐÎÁËÅÌÛ

ÊÐÈÎÁÈÎËÎÃÈÈ

Ò. 19, 2009, ¹2

* Àäðåñ äëÿ êîððåñïîíäåíöèè: óë. Ïåðåÿñëàâñêàÿ, 23,

ã. Õàðüêîâ, Óêðàèíà 61015; òåë.:+38 (057) 373-31-41, ôàêñ:

+38 (057) 373-30-84, ýëåêòðîííàÿ ïî÷òà: cryo@online.kharkov.ua

* Address for correspondence: 23, Pereyaslavskaya str., Kharkov,

Ukraine 61015; tel.:+380 57 373 3141, fax: +380 57 373 3084, e-

mail: cryo@online.kharkov.ua

Institute for Problems of Cryobiology and Cryomedicine of the Na-

tional Academy of Sciences of Ukraine, Kharkov, Ukraine

Èíñòèòóò ïðîáëåì êðèîáèîëîãèè è êðèîìåäèöèíû

ÍÀÍ Óêðàèíû, ã. Õàðüêîâ

УДК 57.043:576.311.347:577.334

Î.À. ÍÀÐÄÈÄ

Èññëåäîâàíèå âëèÿíèÿ íèçêîìîëåêóëÿðíûõ êðèîïðîòåêòîðîâ

íà äûõàòåëüíóþ öåïü ìèòîõîíäðèé ìåòîäîì

ÝÏÐ ñïèíîâîãî çîíäà

UDC 57.043:576.311.347:577.334

O.A. NARDID

Study of Low-Molecular Effect of Cryoprotectants

on Mitochondria Respiratory Chain by Spin Probe EPR

Методом ЭПР спиновых зондов изучено влияние низкомолекулярных криопротекторов глицерина, 1,2-пропандиола и

диметилсульфоксида с концентрациями до 30% на активность дыхательной цепи мембран митохондрий печени крыс. Установлено,

что низкомолекулярные криозащитные вещества вызывают ингибирование дыхательной цепи изолированных органелл.

Показано, что степень ингибирования восстановления спинового зонда и дыхания митохондрий в составе гепатоцитов при тех

же концентрациях криопротекторов меньше, чем в изолированных митохондриях.

Ключевые слова: криопротекторы, митохондрии, электронный парамагнитный резонанс, восстановление спинового зонда,

ингибирование дыхательной цепи.

Методом ЕПР спінових зондів вивчено вплив низькомолекулярних кріопротекторів гліцерину, 1,2-пропандіолу й

диметилсульфоксиду з концентраціями до 30% на активність дихального ланцюга мембран мітохондрій печінки щурів.

Установлено, що низькомолекулярні криозахисні речовини викликають інгібування дихального ланцюга ізольованих органел.

Показано, що ступінь інгібування відновлення спінового зонда й дихання мітохондрій у складі гепатоцитів при тих же

концентраціях кріопротекторів менше, ніж у ізольованих мітохондріях.

Ключові слова: кріопротектори, мітохондрії, електронний парамагнітний резонанс, відновлення спінового зонда, інгібування

дихального ланцюга.

Effect of low molecular cryoprotectants, glycerol, 1,2-propane diol and dimethylsulfoxide with concentrations up to 30% on

activity of respiratory chain of rat liver mitochondria membranes has been studied by spin probe EPR. It has been established that low-

molecular cryoprotective substances induce inhibition of isolated organelles’ respiratory chain. It has been shown that inhibition rate

of spin probe reduction and mitochondria respiration as a part of hepatocytes is lower at the same concentrations, if compared with

isolated mitochondria.

Key-words: cryoprotectants, mitochondria, electron paramagnetic resonance, reduction of spin probe, inhibition of respiratory chain.

Повреждения при замораживании клеточных

суспензий и тканей зачастую заключаются в

нарушениях структуры мембран и ингибировании

мембранно-связанных ферментов [3, 21]. При

использовании в этом случае криопротекторов для

возможной защиты биообъектов от эффектов

замораживания важны данные по влиянию крио-

протекторов на функции клеток и субклеточных

структур. Несмотря на то, что криопротекторы

являются предметом многочисленных исследо-

ваний во всем мире на протяжении более 50 лет,

механизмы их действия и взаимодействия с

различными биологическими структурами оконча-

тельно не выяснены. Среди наиболее вероятных

механизмов защиты чаще всего отмечают: подав-

ление возрастания концентрации солей в растворах

[25], снижение повреждения клеток и клеточных

мембран при дегидратации [3, 19, 21], уменьшение

количества кристаллов образовавшегося льда

Damages during freezing of cell suspensions and

tissues in many cases consist in defects of membrane

structure and inhibition of membrane-bound enzymes

[3, 21]. In this case when using cryoprotectants for

potential protection of bioobjects from freezing effects

the data of cryoprotectant influence on cell function

and subcell structures are important. Even though

cryoprotectants are the unit of many researches all

over the world during more than 50 years, their

protection mechanisms and interaction with various

biological structures have not been completely eluci-

dated. Among the most probable protection mecha-

nisms, are the salt suppression of increasing concen-

trations in solutions [25], reduction of cell and cell mem-

branes damage at dehydration [3, 19, 21], increasing

of crystal number of formed ice inside the cell [4, 14]

and others [1]. For cryoprotectants of intracellular

action it is important to determine the period necessary

for effective penetration of substance into cell after

178

PROBLEMS

OF CRYOBIOLOGY

Vol. 19, 2009, ¹2

ÏÐÎÁËÅÌÛ

ÊÐÈÎÁÈÎËÎÃÈÈ

Ò. 19, 2009, ¹2

внутри клетки [4, 14] и другие [1]. Для криопротек-

торов внутриклеточного действия важно опреде-

лить отрезок времени после смешивания с

клеточной суспензией, необходимый для эффек-

тивного проникновения вещества в клетку. Если

время эквилибрации слишком велико, это приводит

к токсическому действию криопротектора на

клетки. Оптимальное время эквилибрации часто

устанавливается эмпирически для каждого вида

клеток [16, 18, 23, 27]. Причины повреждений

клеточных суспензий и органелл после заморажи-

вания и последующего отогрева в полной мере все

еще не изучены, не ясен до конца способ действия

применяемых при этом криозащитных агентов [12,

20, 23, 24]. При этом известно, что криопротекторы,

являясь далеко неиндифферентным веществом по

отношению к биологическим структурам, в зави-

симости от температуры, концентрации и времени

экспозиции могут приводить к росту гетероген-

ности липидного бислоя мембран, нарушению их

барьерных свойств, ингибированию активности

цитоплазматических и мембранных ферментных

комплексов [3, 19, 21].

Для изучения влияния криопротекторов на

структурно-функциональное состояние мембран

клеток и органелл, обладающих окислительно-

восстановительной функцией, можно использовать

метод ЭПР спиновых зондов. Исследования таких

параметров восстановления нитроксильных ради-

калов в биологических объектах, как константы

скоростей, степень восстановления, зависимость

от природы и состояния биологического материа-

ла, температуры и других определили возможность

практического использования этого эффекта и

спиновых зондов в качестве редокс-индикаторов

и теста на жизнеспособность [10, 11]. Процесс вос-

становления спинового зонда во многом зависит

как от доступности, так и от активности восстанав-

ливающих центров в биологическом объекте, а

денатурация инактивирует процессы, связанные с

функционированием ферментов, участвующих в

процессе восстановления спинового зонда, в ре-

зультате чего восстановление не происходит сов-

сем. Наличие в среде криопротекторов может ока-

зывать влияние на факторы, определяющие

степень восстановления спинового зонда.

Цель работы – изучение методом ЭПР спино-

вых зондов влияния низкомолекулярных криопро-

текторов – глицерина, 1,2-пропандиола (1,2-ПД) и

диметилсульфоксида (ДМСО) на процесс восста-

новления спинового зонда в суспензиях гепатоцитов

и митохондрий печени крыс для оценки структурно-

функционального состояния их мембран.

Ìàòåðèàëû è ìåòîäû

Гепатоциты выделяли из печени белых крыс-

самцов неферментативным методом [13] с исполь-

mixing with cell suspension. If time of equilibration is

too long it results, as a rule, in a toxic effect of cryo-

protectant on cells. Optimal time of equilibration is often

found empirically for each type of cells [16, 18, 23,

27]. Causes of cell suspensions and organelles’ dama-

ges after freezing and following thawing have not been

studied completely and the way of action of used cryo-

protective agents is not quite clear [12, 20, 23, 24].

But it is known that cryoprotectants being non-indif-

ferent substance in relation to biological structures

depending on temperature, concentration and exposu-

re time may result in growth of heterogeneity of

membrane lipid biolayer, defect of their barrier proper-

ties, inhibition of activity of cytoplasm and membrane

enzyme complexes [3, 19, 21].

For studying the cryoprotectant effect on structure-

functional state of cell membranes and organelles,

having a redox function, one may use the EPR method

of spin probes. Studies of such reduction parameters

of nitroxyl radicals in biological objects as rate con-

stants, reduction degree, dependence on nature and

state of biological material, temperature and other

determined possibility of practical application of this

effect and spin probes as redox-indicators and viability

test [10, 11]. Reduction process depends mostly on

both accessibility and activity of reductive centers in

biological object, and denaturation inactivates the

processes, associated with functioning of enzymes, ta-

king part in spin probe reduction, resulting in an

incomplete reduction. The presence of cryoprotectants

in medium may affect the factors, determining spin

probe reduction degree.

The research aim is to study by spin probe EPR

method of the effect of low-molecular cryoprotectants

such as glycerol, 1,2-propane diol (1,2-PD) and

dimethylsulfoxide (DMSO) on process of spin probe

reduction in suspensions of rat liver hepatocytes and

mitochondria for estimation of structure-functional

state of their membranes.

Materials and methods

Hepatocytes were derived from liver of white male

rats with non-enzymatic method [13] with the perfusion

medium, containing 2 mM EDTA. Mitochondria were

obtained by differential centrifugation according to the

described in [9] method with insignificant modification.

Hepatocytes and mitochondria were provided for these

study by Department of Cryobiochemistry of the

IPC&C.

As low-molecular cryoprotectants glycerol, 1,2-PD

and DMSO were used under 10, 20, 30% final concen-

trations. The solutions of cryoprotectants were prepa-

red using the suspending media for mitochondria and

hepatocytes and introduced dropwise with continuous

mixing of the suspensions at 0°C.

Redox activity of hepatocyte and mitochondria bio-

logical suspensions was investigated by EPR method