Kryogenie

Konservierung von Planzenproben

Unter Kryokonservierung (von griechisch κρύος, krýos = Kälte und lateinisch conservare = erhalten, bewahren) versteht man das Aufbewahren von Zellen durch Einfrieren in flüssigem Stickstoff. Kryokonservierung kann sowohl bei Pflanzenzellen als auch bei tierischen Zellen angewandt werden, beim Menschen zum Beispiel auch bei Spermien, Eizellen und Embryonen. Die Lagerung findet in Kryobanken statt.

Die konservierten Zellen können so über einen sehr langen Zeitraum in einer Art Kältestarre erhalten werden, in der alle Stoffwechselvorgänge nahezu zum Stillstand kommen. Nach dem Auftauen können die Zellen ihre normalen physiologischen Prozesse wieder aufnehmen. Embryonen können dann zum Beispiel in die Gebärmutterhöhle transferiert werden.

Größere Organismen

Stickstofftank

Einzelne Zellen können so schnell eingefroren werden, dass das Wasser nur kleine Eiskristalle bildet. Bei größeren, mehrzelligen Organismen bilden sich beim Einfrieren jedoch aufgrund der zu geringen Temperaturabsenkung im Kern Eiskristalle, welche so groß werden, dass sie die Zellwände durchbrechen und damit irreparabel zerstören. Des Einfrieren von Erdbeeren im Gefrierschrank verdeutlicht die Zellschädigungen beim Einfrieren anschaulich: Nach dem Auftauen wirken die Erdbeeren matschig - sie haben Wasser verloren, welches aus den beschädigten Zellen ausgetreten ist.

Kryokonservierung funktioniert heutzutage bei Zellproben bis hin zu kleinen Organen, wenn man unter Zuhilfenahme des richtig abgestimmten Frostschutzmittels die Proben sehr schnell einfriert, also z. B. mit flüssigem Stickstoff auf 77K (-196°C) abkühlt (verglasen).

Da das Frostschutzmittel, das die Zellen beim Einfrieren schützen soll, genau auf die Art der einzufrierenden Zellen abgestimmt sein muss, kann man keinen Menschen einfrieren, da man jedes einzelne Organ mit einem eigenen Frostschutzmittel versorgen müsste. Allerdings gibt es Frösche wie den Waldfrosch oder Insekten wie die Gallmücke, die ein Einfrieren im Winter bis zu einer bestimmten kritischen Temperatur aufgrund eines körpereigenen Frostschutzmittels (Harnstoff) überleben. Eine weitere Herausforderung stellt das Wiederauftauen der eingefrorenen Organismen dar. Während das Auftauen eines größeren Organismus mehrere Stunden in Anspruch nehmen kann, befindet man sich in einem Zielkonflikt: Einerseits dürfen keine kritischen Temperaturen überschritten werden, welche z.B. die Denaturierung der im Gewebe enthaltenen Eiweiße zur Folge haben, andererseits muss darauf geachtet werden, dass das Gewebe während des Auftauens nicht aufgrund einer Sauerstoffunterversorgung abstirbt. Beide Probleme, sowohl die des zellschonenden Einfrierens, als auch die des schonenden Auftauens wurden für größere Organismen bisher nicht gelöst.

Literatur

• Frankham, R., Ballou, J.D., Briscoe, D.A.: Introduction to Conservation Genetics. Cambridge University Press; 2002. ISBN 0-521-63985-9
• Schmitz, S.: Der Experimentator: Zellkultur. Spektrum Akademischer Verlag (2007), ISBN 3-827-41564-0

Siehe auch

• Tiefkühlen
• Kryonik
• Kryobiologie