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ES2737681A1 - DEVICE AND PROCEDURE FOR PREPARING CELLS FOR ULTRA-FAST VITRIFICATION BY DEHYDRATION (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents

DEVICE AND PROCEDURE FOR PREPARING CELLS FOR ULTRA-FAST VITRIFICATION BY DEHYDRATION (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) Download PDF

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Publication number
ES2737681A1
ES2737681A1 ES201830694A ES201830694A ES2737681A1 ES 2737681 A1 ES2737681 A1 ES 2737681A1 ES 201830694 A ES201830694 A ES 201830694A ES 201830694 A ES201830694 A ES 201830694A ES 2737681 A1 ES2737681 A1 ES 2737681A1
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
vitrification
cells
exposure
solution
hypertonic solutions
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
ES201830694A
Other languages
Spanish (es)
Inventor
Delgado Ramón Jesús Risco
Molina Miguel Gallardo
Cuesta Jaime Luis Sáenz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fund Ginemed
Universidad de Sevilla
Original Assignee
Fund Ginemed
Universidad de Sevilla
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fund Ginemed, Universidad de Sevilla filed Critical Fund Ginemed
Priority to ES201830694A priority Critical patent/ES2737681A1/en
Publication of ES2737681A1 publication Critical patent/ES2737681A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01NPRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
    • A01N1/00Preservation of bodies of humans or animals, or parts thereof
    • A01N1/10Preservation of living parts
    • A01N1/12Chemical aspects of preservation
    • A01N1/122Preservation or perfusion media
    • A01N1/125Freeze protecting agents, e.g. cryoprotectants or osmolarity regulators

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

Dispositivo y procedimiento de preparación de células para vitrificación ultra-rápida por deshidratación. La vitrificación es muy empleada en el área de la medicina reproductiva para la criopreservación de óvulos y embriones. La reducción del tiempo requerido para completar el proceso de vitrificación evita exponer a las muestras a condiciones de cultivo sub-óptimas, y permite mejorar el flujo de trabajo. En la presente invención se establece que la duración óptima de la exposición de óvulos y embriones humanos a las soluciones hipertónicas de crioprotectores empleadas para preparar a estos para la vitrificación, es aquella en que las células alcanzan el punto máximo de deshidratación, correspondiente al punto mínimo de la excursión volumétrica. Dos exposiciones consecutivas de 60 segundos a dos soluciones hipertónicas estándar con una concentración creciente de crioprotectores (20% v/v y 45% v/v, respectivamente) es suficiente para preparar estas células para su vitrificación con el dispositivo cerrado SafeSpeed.Device and procedure for preparing cells for ultra-rapid vitrification by dehydration. Vitrification is widely used in the area of reproductive medicine for the cryopreservation of eggs and embryos. Reducing the time required to complete the vitrification process avoids exposing samples to sub-optimal culture conditions, and allows for improved workflow. In the present invention, it is established that the optimal duration of exposure of human eggs and embryos to hypertonic solutions of cryoprotectants used to prepare them for vitrification, is the one in which the cells reach the maximum point of dehydration, corresponding to the minimum point. of the volume excursion. Two consecutive 60 second exposures to two standard hypertonic solutions with increasing concentration of cryoprotectants (20% v/v and 45% v/v, respectively) is sufficient to prepare these cells for vitrification with the SafeSpeed Closed Device.

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Dispositivo y procedimiento de preparación de células para vitrificación ultrarápida por deshidrataciónDevice and procedure for preparing cells for ultrafast vitrification by dehydration

SECTOR DE LA TÉCNICASECTOR OF THE TECHNIQUE

El procedimiento descrito se centra en el sector biotecnología y la criopreservación de material biológico.The procedure described focuses on the biotechnology sector and the cryopreservation of biological material.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION

Cuando los líquidos presentes en sistemas biológicos son sometidos a un enfriamiento por debajo de su punto de fusión, se generará un ambiente termodinámico favorable para que se produzca un cambio de fase al estado sólido, habitualmente por cristalización (Wowk, 2010). Sin embargo, esta formación de cristales hielo puede causar daños en las estructuras biológicas y comprometer su viabilidad.When the liquids present in biological systems are subjected to cooling below their melting point, a favorable thermodynamic environment will be generated so that a phase change occurs to the solid state, usually by crystallization (Wowk, 2010). However, this formation of ice crystals can cause damage to biological structures and compromise their viability.

Es por ello que para la criopeservación de células se pretende, con diferentes técnicas, que su contenido acuoso celular (citosol) vitrifique, es decir, alcance la transición vítrea, minimizando o evitando por completo la nucleación y crecimiento de cristales de hielo. La vitrificación permite que las moleculas de agua del citosol queden inmovilizadas manteniendo la configuración desordenada propia del estado líquido, permitiendo preservar las estructuras celulares intactas. Que se produzca esta transición vítrea intracelular dependerá de las características del citosol, como la viscosidad y la concentración de solutos, y de las velocidades a las que se produzca el enfriamiento y recalentamiento. Actualmente se emplean principalmente 3 técnicas para la criopreservación celular que permiten alcanzar la transición vítrea del citosol: el slow-freezing, la vitrificación basada en el equilibrio y la vitrificación ultrarápida (MAZUR, 1963; Pegg, Wang, & Vaughan, 2006; Rall & Fahy, 1985).That is why for cryopreservation of cells it is intended, with different techniques, that their cellular aqueous content (cytosol) vitrify, that is, reach the glass transition, minimizing or completely preventing the nucleation and growth of ice crystals. The vitrification allows the cytosol water molecules to remain immobilized maintaining the disorderly configuration of the liquid state, allowing to preserve the intact cellular structures. Whether this intracellular glass transition occurs will depend on the characteristics of the cytosol, such as viscosity and solute concentration, and on the rates at which cooling and reheating occurs. Currently, 3 techniques are used mainly for cell cryopreservation that allow the cytosol glass transition to be achieved: slow-freezing, balance-based vitrification and ultra-rapid vitrification (MAZUR, 1963; Pegg, Wang, & Vaughan, 2006; Rall & Fahy, 1985).

La técnica que atañe a la presente invención es la vitrificación ultrarápida, no basada en el equilibrio termodinámico. Mediante un enfriamiento y recalentamiento a altas velocidades (miles o cientos de miles de grados por minuto, de ahí su nombre), se pretende alcanzar la temperatura de transición vítrea (Tg) sin que se produzca nucleación o crecimiento de cristales de hielo, ni dentro ni fuera de la célula. A pesar de que durante el enfriamiento la formación de hielo es termodinámicamente favorable, simplemente, por falta de tiempo, las moléculas de agua no consiguen formar la estructura cristalina. Estas permanecen en estado desorganizado hasta que alcanzan el estado de sólido amorfo característico de la vitrificación y se detienen las reacciones biológicas, quedando criopreservada la célula (Baudot, Alger, & Boutron, 2000; Rall, 1987)The technique that concerns the present invention is ultrafast vitrification, not based on thermodynamic equilibrium. By cooling and reheating at high speeds (thousands or hundreds of thousands of degrees per minute, hence its name), it is intended to reach the glass transition temperature (Tg) without nucleation or growth of ice crystals, or within Not out of the cell. Despite that during cooling the ice formation is thermodynamically favorable, simply, due to lack of time, the water molecules fail to form the crystalline structure. These remain in a disorganized state until they reach the state of amorphous solid characteristic of vitrification and the biological reactions are stopped, the cell being cryopreserved (Baudot, Alger, & Boutron, 2000; Rall, 1987)

Durante un proceso de vitrificación ultrarápida, que se produzca o no la indeseada formación de hielo dependerá de las velocidades de enfriamiento y recalentamiento alcanzadas, y de ciertas características de la solución, como la concentración de solutos y su viscosidad. Dichas características determinarán las propiedades coligativas de la solución y la tendencia a la nucleación de cristales de hielo, es decir, la habilidad de las moléculas para organizarse y formar una estructura cristalina. Por último, el volumen y geometría de la solucion donde están suspendidas las células determinará la eficiencia de la transferencia de calor durante el enfriamiento y recalentamiento (Risco, Elmoazzen, Doughty, He, & Toner, 2007)During an ultrafast vitrification process, whether or not undesirable ice formation occurs will depend on the cooling and reheating rates achieved, and on certain characteristics of the solution, such as solute concentration and viscosity. These characteristics will determine the colligative properties of the solution and the tendency to nucleation of ice crystals, that is, the ability of the molecules to organize and form a crystalline structure. Finally, the volume and geometry of the solution where the cells are suspended will determine the efficiency of heat transfer during cooling and reheating (Risco, Elmoazzen, Doughty, He, & Toner, 2007)

Los procedimientos actuales de criopreservación de células por vitrificación ultrarápida se pueden dividir, en general, en 6 fases:Current cryopreservation procedures of cells by ultrafast vitrification can be divided, in general, into 6 phases:

i) preparación de las células para su vitrificación. Es la fase del procedimiento de vitrificación que se mejora en la presente invención. Las células son expuestas a soluciones hipertónicas para modificar por osmosis las características del citosol de modo a favorecer la tendencia a la vitrificación del mismo. Los mecanismos principales que intervienen son la la evacuación de agua intracelular y la permeación de crioprotectores. El objetivo es alcanzar la concentracion intracelular de solutos crítica: aquella que permite una vitrificación exitosa a unas determinadas velocidades de enfriamiento y recalentamiento.i) preparation of the cells for vitrification. It is the stage of the vitrification process that is improved in the present invention. The cells are exposed to hypertonic solutions to osmosis modify the characteristics of the cytosol so as to favor the tendency to vitrify it. The main mechanisms involved are the evacuation of intracellular water and the permeation of cryoprotectants. The objective is to reach the intracellular concentration of critical solutes: that which allows a successful vitrification at certain cooling and reheating rates.

Por lo general, esta fase se subdivide en 2 etapas: i) la etapa de equilibrado, en la cual las células se exponen de forma gradual o directa a una o más soluciones, denominadas de equilibrado, durante un tiempo prolongado. La duración de la exposición, generalmente entre 8 y 15 minutos, pretende permitir que se alcance el equilibrio osmótico entre el citosol y dicha solución. En la etapa ii), las células se suspenden en una solución de vitrificación, con una concentración de crioprotectores elevada (normalmente superior al 45% w/w), donde se realiza la carga en el dispositivo de vitrificación. La exposición a esta solución de vitrificación tiene una duración muy limitada, por lo general 60 segundos. Los crioprotectores permeables más empleados son: etilenglicol, dimetil sulfóxido, 1-2 propanodiol, glicerol. Los crioprotectores no permeables más empleados son: sacarosa, trehalosa y ficoll.In general, this phase is subdivided into 2 stages: i) the equilibration stage, in which the cells are gradually or directly exposed to one or more solutions, called equilibration, for a prolonged time. The duration of exposure, generally between 8 and 15 minutes, is intended to allow the osmotic balance between the cytosol and said solution to be achieved. In step ii), the cells are suspended in a vitrification solution, with a high concentration of cryoprotectants (usually greater than 45% w / w), where loading is carried out in the vitrification device. The exposure to this vitrification solution has a very long duration limited, usually 60 seconds. The most widely used permeable cryoprotectants are: ethylene glycol, dimethyl sulfoxide, 1-2 propanediol, glycerol. The most used non-permeable cryoprotectants are: sucrose, trehalose and ficoll.

ii) carga de la(s) células a criopreservar, suspensas en la solución de vitrificación, en un dispositivo de vitrificación. El volumen de solución en el que las células son cargadas en dicho dispositivo, y las características del mismo, determinarán las velocidades de enfriamiento y recalentamiento;ii) loading of the cells (s) to be cryopreserved, suspended in the vitrification solution, in a vitrification device. The volume of solution in which the cells are loaded into said device, and the characteristics thereof, will determine the cooling and reheating rates;

iii) enfriamiento. Por lo general es realizado mediante inmersión en nitrógeno líquido. Determinará la velocidad de enfriamiento alcanzada, y por ende, si ésta es suficientemente rápida para alcanzar la temperatura de transición vítrea (Tg) sin que se produzca la nucleación y crecimiento de cristales de hielo;iii) cooling. It is usually done by immersion in liquid nitrogen. It will determine the cooling rate reached, and therefore, if it is fast enough to reach the glass transition temperature (Tg) without the nucleation and growth of ice crystals;

iv) almacenamiento a temperaturas criogénicas. Es imprescindible para mantener el estado vítreo durante el mismo;iv) storage at cryogenic temperatures. It is essential to maintain the vitreous state during it;

v) recalentamiento. El modo en que sea realizado determinará la velocidad de recalentamiento, que debe ser lo más elevada posible para evitar el riesgo de nucleación y crecimiento de cristales de hielo;v) overheating. The way in which it is carried out will determine the speed of overheating, which should be as high as possible to avoid the risk of nucleation and growth of ice crystals;

vi) lavado. Las células se rehidratan de forma controlada por exposición a soluciones con agentes osmóticos no permeables, y son expulsados los crioprotectores permeables que hayan penetrado en el citosol.vi) wash. The cells are rehydrated in a controlled manner by exposure to solutions with non-permeable osmotic agents, and permeable cryoprotectants that have penetrated the cytosol are expelled.

Un proceso exitoso de vitrificación de una célula viva se define como aquel durante el cual las células vivas criopreservadas sobreviven al proceso sin ver afectada su competencia. Los factores que pueden dañar las células vivas durante su vitrificación son:A successful process of vitrification of a living cell is defined as that during which live cryopreserved cells survive the process without affecting their competition. The factors that can damage living cells during vitrification are:

i) nucleación y crecimiento de hielo intracelular. Puede producirse durante el enfriamiento, aunque el riesgo es mayor durante el recalentamiento (Seki & Mazur, 2009). La cantidad y tamaño alcanzado por los cristales de hielo determinará el daño causado a las células.i) nucleation and growth of intracellular ice. It may occur during cooling, although the risk is greater during overheating (Seki & Mazur, 2009). The amount and size reached by the ice crystals will determine the damage caused to the cells.

ii) stress osmótico y mecánico. Durante la fase de preparación, las soluciones con crioprotectores provocan un stress osmótico que puede llegar a comprometer la supervivencia de las células vivas a criopreservar. La deshidratación durante la fase de preparación para la vitrificación, y la rehidratación posterior al recalentamiento durante la fase de lavado, provocan excursiones volumétricas de la membrana celular y un consecuente stress mecánico. Estos procesos de reducción y aumento del volumen, denominados encogimiento e hinchamiento (shrinking y swelling, en inglés) pueden comprometer la viabilidad de la célula, por ello el flujo acuoso debe ser controlado.ii) osmotic and mechanical stress. During the preparation phase, solutions with cryoprotectants cause osmotic stress that can compromise the survival of living cells to cryopreserve. Dehydration during the preparation phase for vitrification, and rehydration after reheating during the washing phase, cause volumetric excursions of the cell membrane and consequent mechanical stress. These processes of reduction and increase in volume, called shrinkage and swelling (shrinking and swelling, in English) they can compromise the viability of the cell, therefore the aqueous flow must be controlled.

iii) Citotoxicidad de los crioprotectores. Dependerá de la concentración y el tiempo de exposición a los mismos.iii) Cytotoxicity of cryoprotectants. It will depend on the concentration and the exposure time to them.

En la presente invención se describe un dispositivo y procedimiento para reducir sensiblemente el tiempo de preparación de células para su vitrificación ultrarápida, en comparación con las técnicas actualmente disponibles. Aplicada en el campo de la reproducción humana asistida, para la vitrificación de gametos y embriones, permite reducir hasta en un 90% la duración de la fase de preparación de estas células para la vitrificación.In the present invention a device and method for significantly reducing the preparation time of cells for ultrafast vitrification is described, in comparison with the currently available techniques. Applied in the field of assisted human reproduction, for the vitrification of gametes and embryos, it allows to reduce the duration of the preparation phase of these cells for vitrification by up to 90%.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF THE INVENTION

Problema técnico planteadoTechnical problem raised

En la actualidad, los protocolos de preparación de óvulos y embriones humanos para su criopreservación por la técnica de vitrificación ultrarrápida, incorporan una fase de equilibrado de una duración de entre 8 a 15 minutos (Kuwayama, 2007; Medicine, 2012; Stoop et al., 2012; Vanderzwalmen et al., 2009). Durante esta fase, las células se exponen a una o más soluciones hipertónicas, denominadas por lo general soluciones de equlibrado. Al exponer a la célula a una concentración de solutos extracelular elevada, se produce en primer lugar una rápida deshidratación y penetración de crioprotectores, que se traduce en una reducción volumétrica de la célula. A continuación, se produce una recuperación gradual del volumen, a medida que se avanza hacia el equilibrio osmótico. La duración total de esta fase es de entre 8 y 15 minutos, cuando se considera que se ha restablecido dicho equilibrio.Currently, the protocols for preparing human eggs and embryos for cryopreservation by the ultra-rapid vitrification technique, incorporate a balancing phase lasting between 8 to 15 minutes (Kuwayama, 2007; Medicine, 2012; Stoop et al. , 2012; Vanderzwalmen et al., 2009). During this phase, cells are exposed to one or more hypertonic solutions, usually referred to as equlibration solutions. By exposing the cell to a high extracellular solute concentration, rapid dehydration and cryoprotectant penetration occurs first, which results in a volumetric reduction of the cell. Next, there is a gradual recovery of the volume, as you move towards the osmotic equilibrium. The total duration of this phase is between 8 and 15 minutes, when it is considered that this balance has been restored.

Tras esta primera fase, se emplea una segunda solución con mayor concentración de crioprotectores: la solución de vitrificación. La exposición a esta solución es breve, no se prolonga hasta alcanzar el equilibrio osmótico. El tiempo de exposición a esta segunda solución se limita por lo general a un máximo de 60 segundos, tras el cual las células se cargan en el dispositivo de vitrificación y se procede al enfriamiento. Durante esta fase se produce una nueva deshidratación y permeación de crioprotectores debido al gradiente osmótico. (Risco Delgado, R., Univ. Sevilla, ES2459893B2; Kuwayama, M., & Inoue, F. Kitazato Biopharma, ES20040727428T; Vanderzwalmen, P., IVF Zentren Prof. Zech Bregenz GmbH, Grant EP2337449B1; Forest, K., Vitrolife Ab, US20060234204A1; Stachecki, J., Tyho-Galileo Research Laboratories US20060046243A1).After this first phase, a second solution with a higher concentration of cryoprotectants is used: the vitrification solution. The exposure to this solution is brief, it does not last until the osmotic equilibrium is reached. The exposure time to this second solution is generally limited to a maximum of 60 seconds, after which the cells are loaded into the vitrification device and cooling. During this phase there is a new dehydration and permeation of cryoprotectants due to the osmotic gradient. (Risco Delgado, R., Univ. Sevilla, ES2459893B2; Kuwayama, M., & Inoue, F. Kitazato Biopharma, ES20040727428T; Vanderzwalmen, P., IVF Zentren Prof. Zech Bregenz GmbH, Grant EP2337449B1; Forest, K., Vitrolife Ab, US20060234204A1; Stachecki, J., Tyho-Galileo Research Laboratories US20060046243A1).

En el área de la medicina reproductiva, en los laboratorios de fecundación in vitro, la trazabilidad de las muestras a criopreservar es vital. Este factor hace que los procedimientos de vitrificación de óvulos y embriones humanos nunca se superpongan en un mismo puesto de trabajo; existe una limitación física y de recursos que determina el número de procedimientos de vitrificación que se pueden realizar en un espacio de tiempo. Por tanto, la reducción del tiempo requerido para completar el proceso de vitrificación es deseable y objeto de interés científico.In the area of reproductive medicine, in in vitro fertilization laboratories, the traceability of the samples to be cryopreserved is vital. This factor means that the procedures for vitrification of human eggs and embryos never overlap in the same workplace; There is a physical and resource limitation that determines the number of vitrification procedures that can be performed in a period of time. Therefore, reducing the time required to complete the vitrification process is desirable and an object of scientific interest.

Este es el problema técnico que se resuelve en la presente invención. En primer lugar, la exposición prolongada a crioprotectores potencialmente citotóxicos supone un riesgo para las células vivas a criopreservar. Por otro lado, la duración prolongada de los procedimientos de preparación de células para su criopreservación limitan la escalabilidad y eficiencia de la técnica de vitrificación ultrarápida. A continuación se describe un dispositivo y procedimiento que permite alcanzar la concentración intracelular crítica de solutos necesaria para una vitrificación exitosa con una reducción significativa del tiempo de preparación de las células para el proceso.This is the technical problem that is solved in the present invention. First, prolonged exposure to potentially cytotoxic cryoprotectants poses a risk to living cells to cryopreserve. On the other hand, the prolonged duration of cell preparation procedures for cryopreservation limit the scalability and efficiency of the ultrafast vitrification technique. The following describes a device and procedure that allows reaching the critical intracellular concentration of solutes necessary for successful vitrification with a significant reduction in the preparation time of the cells for the process.

Resolución del problema técnico planteadoResolution of the technical problem raised

La conductividad hidráulica de la membrana plasmática y su permeabilidad específica ante crioprotectores como el etilenglicol o el dimetil sulfóxido es elevada en el rango de temperaturas (entre 21-37 °C) al que se lleva a cabo el proceso de preparación de células para la vitrificación (Paynter, Cooper, Gregory, Fuller, & Shaw, 1999). Por este motivo, la evacuación del contenido acuoso y la permeación de crioprotectores a través de la membrana plasmática de óvulos y embriones humanos se produce de forma rápida. En un tiempo reducido, inferior a 60 segundos con las soluciones descritas en los ejemplos de la presente invención, se alcanza el punto mínimo de contenido acuoso intracelular. Este punto de máxima deshidratación presenta un aumento de la concentración de solutos nativos celulares (proteínas, polisacáridos, ácidos nucleicos, sales, etc.) y una reducción de las moléculas libres de agua, lo que aumenta la tendencia a la vitrificación del citosol. Además, en el tiempo de exposición a la solución hipertónica en el que se alcanza este punto de máxima deshidratación, los crioprotectores permeables presentes en dicha solución, si los hubiese, habrán penetrado en el citosol contribuyendo a la concentración de solutos intracelular total de forma significativa.The hydraulic conductivity of the plasma membrane and its specific permeability to cryoprotectants such as ethylene glycol or dimethyl sulfoxide is high in the temperature range (between 21-37 ° C) at which the cell preparation process for vitrification is carried out (Paynter, Cooper, Gregory, Fuller, & Shaw, 1999). For this reason, the evacuation of the aqueous content and the permeation of cryoprotectants through the plasma membrane of human ovules and embryos occurs rapidly. In a short time, less than 60 seconds with the solutions described in the examples of the present invention, the minimum point of intracellular aqueous content is reached. This point of maximum dehydration presents an increase in the concentration of native cellular solutes (proteins, polysaccharides, nucleic acids, salts, etc.) and a reduction in water-free molecules, which the tendency to vitrification of the cytosol increases. In addition, in the time of exposure to the hypertonic solution at which this point of maximum dehydration is reached, the permeable cryoprotectants present in said solution, if any, will have penetrated the cytosol contributing to the total intracellular solute concentration significantly .

Por tanto, la acción osmótica relevante para alcanzar la concentración de solutos crítica intracelular necesaria para la vitrificación se produce en los primeros segundos de exposición de las células a dichas soluciones, mientras la célula reduce su volumen (figura 1). Una vez completado este primer tramo de reducción volumétrica, en el punto que denominamos de deshidratación máxima, la células comienzan a recuperar su volumen a medida que avanzan hacia el equilibrio osmótico (figura 1). Durante este segundo tramo de la curva no se mejora de forma sensible la concentración de solutos intracelular. Por tanto, las concentraciones de solutos en el punto de mínimo volumen de la curva de deshidratación-rehidratación, y en el punto final de la exposición de 8­ 15 minutos, considerado como el punto de equilibrio osmótico, pueden ser consideradas equivalentes. Consecuentemente, en la presente invención se establece que es innecesario prolongar la exposición de las células a las soluciones hipertónicas de preparación para alcanzar dicho equilibrio osmótico; la forma más eficiente de aumentar la concentración intracelular de solutos con objeto de preparar las células para su vitrificación es realizar una o más exposiciones a soluciones hipertónicas, con una duración limitada al punto de volumen mínimo de la resultante excursión volumétrica.Therefore, the relevant osmotic action to reach the concentration of intracellular critical solutes necessary for vitrification occurs in the first seconds of exposure of the cells to said solutions, while the cell reduces its volume (Figure 1). Once this first stretch of volumetric reduction is completed, at the point we call maximum dehydration, the cells begin to recover their volume as they move towards the osmotic balance (Figure 1). During this second section of the curve, the concentration of intracellular solutes is not significantly improved. Therefore, solute concentrations at the point of minimum volume of the dehydration-rehydration curve, and at the end point of the 8-15 minute exposure, considered as the osmotic equilibrium point, can be considered equivalent. Consequently, in the present invention it is established that it is unnecessary to prolong the exposure of the cells to the hypertonic solutions of preparation to reach said osmotic balance; The most efficient way to increase the intracellular concentration of solutes in order to prepare the cells for vitrification is to perform one or more exposures to hypertonic solutions, with a duration limited to the minimum volume point of the resulting volumetric excursion.

Se debe tener en consideración que la evacuación del contenido acuoso intracelular durante este procedimiento no debe producir una deshidratación de tal magnitud que comprometa la supervivencia de la célula. Se debe provocar un caudal volumétrico de agua y crioprotectores que permita mantener la integridad de la membrana plasmática y otras ultraestructuras biológicas relevantes de las células.It should be taken into account that the evacuation of intracellular aqueous content during this procedure should not produce dehydration of such magnitude that compromises cell survival. A volumetric flow of water and cryoprotectants should be caused to maintain the integrity of the plasma membrane and other relevant biological ultrastructures of the cells.

Las soluciones hipertónicas empleadas deben estar compuestas de crioprotectores permeables como etilenglicol, dimetilsulfóxido, una combinación de los mismos o similares y crioprotectores no permeables como sacarosa, trehalosa, ficoll o similares. Además deben tener una base de tampón fosfato salino (PBS por sus siglas en inglés) o cualquier solución vehículo similar que permita diluir los crioprotectores. Otro componente de dichas soluciones es el polímero sintético hidroxipropil celulosa con masa molecular media de 80.000 Dalton o similar, o cualquier otro polímero o proteína que actúe como espesante para alcanzar una viscosidad adecuada y como agente surfactante para permitir la manipulación de las células vivas in vitro. La solución de vitrificación debe tener una tendencia a la vitrificación suficiente para evitar la formación de hielo extracelular lesivo durante el enfriamiento y recalentamiento.The hypertonic solutions used must be composed of permeable cryoprotectants such as ethylene glycol, dimethylsulfoxide, a combination thereof or the like and non-permeable cryoprotectants such as sucrose, trehalose, ficoll or the like. They must also have a phosphate buffered saline base (PBS) or any similar vehicle solution that allows the cryoprotectants to be diluted. Other A component of such solutions is the synthetic polymer hydroxypropyl cellulose with an average molecular mass of 80,000 Dalton or similar, or any other polymer or protein that acts as a thickener to achieve a suitable viscosity and as a surfactant to allow the manipulation of living cells in vitro. The vitrification solution must have a tendency to vitrification sufficient to prevent the formation of harmful extracellular ice during cooling and reheating.

El procedimiento descrito establece que la duración óptima de la exposición de las células a las soluciones hipertónicas empleadas en la preparación para la vitrificación es aquella en que estas alcanzan el punto de mínimo volumen y máxima deshidratación. De este modo, con una breve exposición a una o más soluciones hipertónicas, es posible alcanzar la concentración intracelular crítica de solutos necesaria para la vitrificación, a las velocidades de enfriamiento y recalentamiento actualmente alcanzables, por ejemplo, con el dipositivo SafeSpeed o similares (Risco Delgado, R., Univ. Sevilla, ES2459893B2), reduciendo el tiempo de preparación en hasta un 90%.The described procedure establishes that the optimal duration of exposure of the cells to the hypertonic solutions used in the preparation for vitrification is that in which they reach the point of minimum volume and maximum dehydration. Thus, with a brief exposure to one or more hypertonic solutions, it is possible to reach the critical intracellular concentration of solutes necessary for vitrification, at the currently achievable cooling and reheating rates, for example, with the SafeSpeed device or the like (Risco Delgado, R., Univ. Sevilla, ES2459893B2), reducing preparation time by up to 90%.

Este procedimiento debe de llevarse a cabo usando un dispositivo de vitrificación como SafeSpeed (Risco Delgado, R., Univ. Sevilla, ES2459893B2), que permita alcanzar unas velocidades de enfriamiento y recalentamiento suficientes para una vitrificación exitosa con la concentración intracelular de solutos resultante del protocolo de preparación de las células. Es con este dispositivo, usado anteriormente con protocolos de preparación convencionales, con el que se ha testado la presente invención. Algunos detalles relevantes del dispositivo de vitrificación SafeSpeed son se comentan a continuación.This procedure must be carried out using a vitrification device such as SafeSpeed (Risco Delgado, R., Univ. Sevilla, ES2459893B2), which allows sufficient cooling and reheating rates to be achieved for successful vitrification with the intracellular concentration of solutes resulting from cell preparation protocol. It is with this device, previously used with conventional preparation protocols, that the present invention has been tested. Some relevant details of the SafeSpeed vitrification device are discussed below.

SafeSpeed consiste en un contenedor compuesto por varias partes, fabricado en polímero termoplástico, optimizado como sistema cerrado para los procedimientos de criopreservación, para obtener, junto con el procedimiento descrito en la patente, velocidades de recalentamiento ultrarápidas. El dispositivo SafeSpeed presenta dos particularidades:SafeSpeed consists of a container composed of several parts, made of thermoplastic polymer, optimized as a closed system for cryopreservation procedures, to obtain, together with the procedure described in the patent, ultrafast superheat rates. The SafeSpeed device has two features:

1) El almacenamiento del ovocito se produce en un contenedor cerrado que consigue la vitrificación de las muestras con unas tasas de recuperación iguales o superiores a las de cualquier dispositivo abierto. El procedimiento se basa en el uso de un microcapilar de polímeros termoplásticos de reducidas dimensiones y cerrado por ambos extremos, llamado SafeSpeed.1) The oocyte storage takes place in a closed container that achieves the vitrification of the samples with recovery rates equal to or greater than those of any open device. The procedure is based on the use of a microcapillary of thermoplastic polymers of small dimensions and closed at both ends, called SafeSpeed.

2) La principal característica de este dispositivo es que, siendo cerrado, garantiza una velocidad de recalentamiento por encima de 200.000 °C/min (Gallardo et al., 2016).2) The main feature of this device is that, being closed, it guarantees an overheating speed above 200,000 ° C / min (Gallardo et al., 2016).

Además, SafeSpeed cuenta con dos posibles extensiones: i) La existencia de una posible barrera interior dentro del microcapilar (que puede ser implementada mediante la colocación de otro microcapilar en su interior), que facilita el posicionamiento de la muestra biológica (embrión/ovocito); y ii) La existencia de un posible embudo en la punta del microcapilar que facilita la carga de la muestra biológica dentro del dispositivo y que evita cualquier contacto de la superficie exterior del microcapilar con el medio en que está dicha muestra, reduciendo a cero la posibilidad de portar agentes contaminantes dentro del tanque de almacenamiento, no sólo porque el contenedor es cerrado, sino también porque la superficie exterior del dispositivo nunca está en contacto con el medio que contiene la muestra biológica (Ramon Risco Delgado; patente, ES2459893; adición: P201201020).In addition, SafeSpeed has two possible extensions: i) The existence of a possible internal barrier within the microcapillary (which can be implemented by placing another microcapillary inside it), which facilitates the positioning of the biological sample (embryo / oocyte) ; and ii) The existence of a possible funnel at the tip of the microcapillary that facilitates the loading of the biological sample within the device and that avoids any contact of the outer surface of the microcapillary with the medium in which said sample is, reducing the possibility to zero of carrying pollutants inside the storage tank, not only because the container is closed, but also because the outer surface of the device is never in contact with the medium containing the biological sample (Ramon Risco Delgado; patent, ES2459893; addition: P201201020 ).

Así, el dispositivo SafeSpeed puede construirse en cuatro versiones:Thus, the SafeSpeed device can be built in four versions:

- Versión 1: SAFESPEED: Sin barrera ni embudo- Version 1: SAFESPEED: Without barrier or funnel

- Versión 2: SAFESPEED-BARRIER: Con barrera, pero sin embudo.- Version 2: SAFESPEED-BARRIER: With barrier, but without funnel.

- Versión 3: SAFESPEED-FUNNEL: Con embudo, pero sin barrera.- Version 3: SAFESPEED-FUNNEL: With funnel, but without barrier.

- Versión 4: SAFESPEED-BARRIER-FUNNEL: Con barrera y embudo.- Version 4: SAFESPEED-BARRIER-FUNNEL: With barrier and funnel.

DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURASDESCRIPTION OF THE FIGURES

Figura 1: Simulación del volumen relativo y la concentración intracelular de solutos de unos óvulos humano en estado Metafase-II durante su exposición a soluciones hipertónicas. En el ejemplo A, se realiza la exposición siguiendo el procedimiento de la presente invención: la duración de la exposición de la célula a las soluciones hipertónicas se limita a 60 segundos cada una. En el caso B, se muestra uno los protocolos estándar actuales: la duración de la exposición a la primera solución de equilibrado (1) se prolonga durante 10 minutos, según los protocolos habituales, para permitir que se recupere el equilibrio osmótico. La exposición a la solución de vitrificación (2) dura 60 segundos. El volumen celular está representado por la línea continua, y la concentración intracelular de solutos por la línea discontinua. La exposición a la solución 1 (7.5% v/v Me2SO and 7.5% v/v EG) comienza en t=0, y el cambio a la solución 2 (15% v/v Me2SO, 15% v/v EG and 0,5M sacarosa) están indicados en el eje X. La simulación se ha realizado en MatLab usando un modelo biofísico de permeabilidad de dos parámetros, similar al empleando por Saenz J. y cols. (2009).Figure 1: Simulation of the relative volume and intracellular concentration of solutes of human ovules in the Metaphase-II state during exposure to hypertonic solutions. In Example A, the exposure is performed following the procedure of the present invention: the duration of exposure of the cell to hypertonic solutions is limited to 60 seconds each. In case B, one shows the current standard protocols: the duration of exposure to the first balancing solution (1) is prolonged for 10 minutes, according to the usual protocols, to allow the osmotic balance to be recovered. The exposure to the vitrification solution (2) lasts 60 seconds. The cell volume is represented by the line continues, and the intracellular concentration of solutes along the dashed line. Exposure to solution 1 (7.5% v / v Me2SO and 7.5% v / v EG) begins at t = 0, and the change to solution 2 (15% v / v Me2SO, 15% v / v EG and 0 , 5M sucrose) are indicated on the X axis. The simulation has been performed in MatLab using a two-parameter biophysical permeability model, similar to that employed by Saenz J. et al. (2009).

Figura 2: Gráfico de la excursión volumétrica experimentada in vivo por un óvulo Metafase-II humano sujeto a DP: protocolo corto de preparación basado en la presente invención, según descrito en el Ejemplo 1, y EP: protocolo estándar basado en el equilibrado. El proceso se ha grabado con un sistema de adquisición de vídeo conectado a un microscopio invertido. Un fotograma cada 10 segundos se ha analizado para determinar la excursión volumétrica del óvulo relativa al volumen isotónico. El volumen se ha calculado a partir del área observada en el fotograma, asumiendo que el óvulo permanece en forma esférica perfecta durante el proceso. La exposición a la solución 1 (7.5% v/v Me2SO and 7.5% v/v EG) comienza en t=0, y el cambio a la solución 2 (15% v/v Me2SO, 15% v/v EG and 0,5M sacarosa) están indicados en el eje X.Figure 2: Graph of the volumetric excursion experienced in vivo by a human Metaphase-II ovule subject to PD: short preparation protocol based on the present invention, as described in Example 1, and EP: standard protocol based on balancing. The process has been recorded with a video acquisition system connected to an inverted microscope. A frame every 10 seconds has been analyzed to determine the volumetric excursion of the ovule relative to the isotonic volume. The volume has been calculated from the area observed in the frame, assuming that the ovule remains in perfect spherical shape during the process. Exposure to solution 1 (7.5% v / v Me2SO and 7.5% v / v EG) begins at t = 0, and the change to solution 2 (15% v / v Me2SO, 15% v / v EG and 0 , 5M sucrose) are indicated on the X axis.

Figura 3: Fotogramas de la excursión volumétrica de un óvulo humano en Metafase-II durante la exposición al siguiente régimen de deshidratación-rehidratación: (A) Solución isotónica base (fosfato salino tamponado e hidroxipropil celulosa); (B) óvulo tras 60 segundos de exposición a la solución hipertónica de deshidratación 1 (7.5% v/v Me2SO and 7.5% v/v EG): se observa una reducción del volumen por la evacuación del contenido acuoso; (C) Óvulo tras 60 segundos de exposición a la solución hipertónica de deshidratación 2 (15% v/v Me2SO, 15% v/v EG and 0,5M sacarosa): al aumentar el gradiente osmótico, el volumen se reduce hasta un nuevo punto mínimo, alcanzándose una concentración crítica de solutos apropiada para la vitrificación exitosa a las velocidades de enfriamiento y recalentamiento alcanzadas con el dispositivo SafeSpeed o similares. (D) Óvulo tras 60 segundos de exposición a solución de rehidratación 1 (solución base con sacarosa 1M), comenzando la rehidratación; (E) Óvulo tras 180 segundos de exposición a solución de rehidratación 2 (solución base, con sacarosa 0.5M), donde prosigue la rehidratación de forma controlada para evitar el hinchamiento excesivo. (F) Óvulo tras 5 minutos en solución de rehidratación 3 (solución base, sin agentes osmóticos), donde finaliza la rehidratación. Nota: El Óvulo se expone de forma secuencial a las soluciones descritas. El tiempo total de deshidratación es de 120 segundos, y el de rehidratación de 540 segundos.Figure 3: Frames of the volumetric excursion of a human ovule in Metaphase-II during exposure to the following dehydration-rehydration regimen: (A) Base isotonic solution (buffered saline phosphate and hydroxypropyl cellulose); (B) ovule after 60 seconds of exposure to hypertonic dehydration solution 1 (7.5% v / v Me2SO and 7.5% v / v EG): a reduction in volume is observed by the evacuation of the aqueous content; (C) Ovule after 60 seconds of exposure to hypertonic dehydration solution 2 (15% v / v Me2SO, 15% v / v EG and 0.5M sucrose): by increasing the osmotic gradient, the volume is reduced to a new minimum point, reaching a critical solute concentration appropriate for successful vitrification at the cooling and reheating rates achieved with the SafeSpeed device or the like. (D) Ovule after 60 seconds of exposure to rehydration solution 1 (base solution with 1M sucrose), beginning rehydration; (E) Ovule after 180 seconds of exposure to rehydration solution 2 (base solution, with 0.5M sucrose), where rehydration continues in a controlled manner to avoid excessive swelling. (F) Ovule after 5 minutes in rehydration solution 3 (base solution, without osmotic agents), where the rehydration Note: The Ovule is exposed sequentially to the solutions described. The total dehydration time is 120 seconds, and the rehydration time is 540 seconds.

Figura 4: Representación del dispositivo SafeSpeed. Contiene las ideas del dispositivo básico sin extensiones. En la figura se aprecian sus distintas partes: el microcapilar, la pajuela principal, la pajuela exterior, el protector, la hendidura, la zona de escritura y el postizo. El microcapilar tiene un acabado cónico en su extremo. El protector también tiene acabado cónico, en este caso para impedir el desplazamiento del mismo cuando son alcanzadas sus posiciones extremas.Figure 4: Representation of the SafeSpeed device. It contains the ideas of the basic device without extensions. The figure shows its different parts: the microcapillary, the main straw, the outer straw, the protector, the cleft, the writing area and the hairpiece. The microcapillary has a conical finish at its end. The protector also has a conical finish, in this case to prevent its displacement when its extreme positions are reached.

Descripción detallada de la invenciónDetailed description of the invention

La concentración de solutos del citosol debe alcanzar un punto crítico que permita una vitrificación exitosa a determinadas condiciones de enfriamiento y recalentamiento. La tendencia a la vitrificación del citosol se verá determinada principalmente por el contenido acuoso libre del mismo y por la presencia y concentración de solutos, tanto propios del citosol como moléculas inhibidoras de la formación de hielo (crioprotectores) que hayan penetrado la membrana celular durante la preparación de las células vivas para su criopreservación por exposición a soluciones hipertónicas.The concentration of solutes in the cytosol must reach a critical point that allows successful vitrification at certain cooling and reheating conditions. The tendency to vitrification of the cytosol will be determined mainly by the free aqueous content of the cytosol and by the presence and concentration of solutes, both of the cytosol and ice formation inhibitor molecules (cryoprotectants) that have penetrated the cell membrane during the Preparation of living cells for cryopreservation by exposure to hypertonic solutions.

Cuando las células son expuestas a soluciones hipertónicas se produce una rápida deshidratación debido a la elevada conductividad hidráulica de la membrana plasmática: como resultado, en un breve periodo de tiempo, la célula alcanza un volumen mínimo en el que su contenido acuoso es mínimo. Sólo por este proceso de deshidratación, debido a la presencia de proteínas y polisacáridos celulares, la concentración citosólica de solutos aumenta considerablemente. Si la solución hipertónica en cuestión está compuesta por crioprotectores permeables, se producirá además una penetración de crioprotectores hacia el citosol, lo que contribuirá a la concentración de solutos intracelular. Cuando la célula alcanza el volumen mínimo en una solución hipertónica, la concentración de solutos intracelular será, debido a estos dos fenómenos, muy similar a la de concentración de solutos extracelular. A partir de este punto bajo, el gradiente osmótico entre el interior y el exterior de la célula es bajo, por lo que se produce un flujo de caudal reducido hacia el interior celular de crioprotectores y agua. Esto se observa como una recuperación volumétrica gradual, hasta que se alcanza aparentemente el volumen isotónico inicial de la célula viva a criopreservar, coincidente con el restablecimiento del equilibrio osmótico. Esto se conoce como la 'Shrink-Swell curve' o curva de reducción y aumento volumétrico (Fahy, G. M., 2007).When cells are exposed to hypertonic solutions, rapid dehydration occurs due to the high hydraulic conductivity of the plasma membrane: as a result, in a short period of time, the cell reaches a minimum volume in which its aqueous content is minimal. Only by this dehydration process, due to the presence of cellular proteins and polysaccharides, the cytosolic concentration of solutes increases considerably. If the hypertonic solution in question is composed of permeable cryoprotectants, there will also be a penetration of cryoprotectants towards the cytosol, which will contribute to the concentration of intracellular solutes. When the cell reaches the minimum volume in a hypertonic solution, the concentration of intracellular solutes will be, due to these two phenomena, very similar to that of extracellular solute concentration. From this low point, the osmotic gradient between the inside and outside of the cell is low, so there is a reduced flow to the cell inside of cryoprotectants and water. This is observed as a gradual volumetric recovery, until the initial isotonic volume of the living cell is apparently reached at cryopreserve, coinciding with the restoration of osmotic balance. This is known as the 'Shrink-Swell curve' or volumetric reduction and increase curve (Fahy, GM, 2007).

La presente invención explota el hecho de que la concentración de solutos intracelular en el punto de volumen mínimo no mejora sensiblemente al aumentar el tiempo de exposición a la solución, es decir, por permitir el equilibrado osmótico. Por tanto, el punto de volumen mínimo de la curva de excursión volumétrica debe ser usado como referencia para la duración óptima de la exposición de las células a las soluciones hipertónicas. Por este motivo, la forma más eficiente y rápida de preparar una célula para su vitrificación es por exposición a una o más soluciones hipertónicas, siendo la duración de la exposición más eficiente aquella en la que la célula a criopreservar alcanza su volumen mínimo. El uso de este paradigma permite reducir la duración de los procedimientos de preparación de las células para su vitrificación de forma ostensible, como se ejemplifica a continuación.The present invention exploits the fact that the concentration of intracellular solutes at the point of minimum volume does not significantly improve by increasing the exposure time to the solution, that is, by allowing osmotic equilibration. Therefore, the minimum volume point of the volumetric excursion curve should be used as a reference for the optimal duration of exposure of cells to hypertonic solutions. For this reason, the most efficient and fastest way to prepare a cell for vitrification is by exposure to one or more hypertonic solutions, the duration of the most efficient exposure being that in which the cell to be cryopreserved reaches its minimum volume. The use of this paradigm makes it possible to reduce the duration of cell preparation procedures for vitrification ostensibly, as exemplified below.

EJEMPLO DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓNEXAMPLE OF EMBODIMENT OF THE INVENTION

Ejemplo 1Example 1

En el presente ejemplo se ilustra una de las formas en las que se pueden preparar células vivas, en concreto óvulos humanos en estadio Metafase-II, para su criopreservación por vitrificación ultrarápida, por medio del procedimiento descrito, empleando el dispositivo SafeSpeed.In the present example, one of the ways in which living cells, in particular Metavase-II stage human ovules, can be prepared for ultra-rapid vitrification cryopreservation, by means of the procedure described, using the SafeSpeed device is illustrated.

El procedimiento y las soluciones empleadas se realizan a temperatura de 23-27 °C. En primer lugar se traslada el óvulo (u óvulos) a preparar para la vitrificación del medio de cultivo a un volumen de 200 pL de una solución salina tamponada suplementada con 0.06-0.125 mg/mL de hidroxipropil celulosa (80 kDa), conteniendo una combinación de 7.5% v/v de crioprotector permeable etilenglicol y 7.5% v/v dimetilsulfoxido.The procedure and the solutions used are carried out at a temperature of 23-27 ° C. First, the ovule (or ovules) to be prepared for vitrification of the culture medium is transferred to a volume of 200 pL of a buffered saline solution supplemented with 0.06-0.125 mg / mL of hydroxypropyl cellulose (80 kDa), containing a combination 7.5% v / v of ethylene glycol permeable cryoprotectant and 7.5% v / v dimethylsulfoxide.

Tras un minuto de exposición a esta solución (ver figura 1), se recupera el óvulo con una pipeta de diámetro adecuado y se traslada a un segundo volumen de 200 pL de una solución salina tamponada suplementada con 0.06-0.125 mg/mL de hidroxipropil celulosa (80 kDa), conteniendo una combinación de 15% v/v de crioprotector permeable etilenglicol y 15% v/v dimetilsulfoxido.After one minute of exposure to this solution (see figure 1), the ovule is recovered with a pipette of suitable diameter and transferred to a second volume of 200 pL of a buffered saline solution supplemented with 0.06-0.125 mg / mL of hydroxypropyl cellulose (80 kDa), containing a combination of 15% v / v permeable cryoprotectant ethylene glycol and 15% v / v dimethylsulfoxide.

Durante los últimos 20 segundos de exposición a la solución anteriormente descrita, el óvulo se carga en el soporte de vitrificación: por ejemplo, en el caso del soporte de vitrificación safespeed (Gallardo, M., et al., 2016), el óvulo es aspirado dentro de un capilar, sellado herméticamente en ambos extremos y sumergido en nitrógeno líquido para su enfriamiento. Para su recalentamiento, se sumerge el capilar expuesto en agua estéril a 37 °C, obteniendo una velocidad de recalentamiento de aproximadamente 120.000 °C/min. Acto seguido, se corta el extremo del capilar y el óvulo se expele en un volumen de 200 ul de solución hipotónica con una concentración 1 Molar de sacarosa. Al cabo de un minuto de exposición, se traslada a un volumen de 200 ul de solución hipotónica con una concentración de 0.5 molar de sacarosa, y finalmente se traslada a un volumen de 200 ul de la solución salina tamponada sin agentes osmóticos durante 5 minutos, donde el óvulo termina de rehidratarse. Acto seguido puede ser trasladado al medio de cultivo apropiado.During the last 20 seconds of exposure to the solution described above, the ovule is loaded into the vitrification support: for example, in the case of safespeed vitrification support (Gallardo, M., et al., 2016), the ovule is sucked into a capillary, hermetically sealed at both ends and submerged in liquid nitrogen for cooling. For reheating, the exposed capillary is immersed in sterile water at 37 ° C, obtaining a reheating rate of approximately 120,000 ° C / min. Then, the end of the capillary is cut and the ovule is expelled in a volume of 200 ul of hypotonic solution with a 1 Molar concentration of sucrose. After one minute of exposure, it is transferred to a volume of 200 ul of hypotonic solution with a concentration of 0.5 molar of sucrose, and finally it is transferred to a volume of 200 ul of the buffered saline without osmotic agents for 5 minutes, where the egg finishes rehydrating. It can then be transferred to the appropriate culture medium.

Ejemplo 2: Example 2 :

Vitrificación de 34 cigotos murinos FVBxCD1 en día 1 de desarrollo (24 horas post­ fertilización) tras un protocolo de preparación basado en la presente invención como el descrito en el ejemplo 1. En resumen, se exponen durante 60 segundos a una solución hipertónica de deshidratación 1 (7.5% v/v Me2SO and 7.5% v/v EG), seguidos de 60 segundos de exposición a solución hipertónica de deshidratación 2 (15% v/v Me2SO, 15% v/v EG and 0,5M sacarosa). Durante los últimos 30 segundos de exposición a la anterior solución, se cargan 4 embriones en un soporte de vitrificación SafeSpeed, siguiendo las recomendaciones del fabricante, y se sumerge en nitrógeno líquido. El soporte de vitrificación es recalentado en un baño de agua estéril y los embriones se expulsan en 1 mL de solución de rehidratación 1 (sacarosa 1 M), donde permanecen durante 60 segundos, siendo transferidos acto seguido a la solución de rehidratación 2 (0.5 M de sacarosa) durante 180 segundos y por último a una solución sin crioprotectores, donde permanecen 300 segundos.Vitrification of 34 murine zygotes FVBxCD1 on day 1 of development (24 hours post fertilization) following a preparation protocol based on the present invention as described in example 1. In summary, they are exposed for 60 seconds to a hypertonic dehydration solution 1 (7.5% v / v Me2SO and 7.5% v / v EG), followed by 60 seconds of exposure to hypertonic dehydration solution 2 (15% v / v Me2SO, 15% v / v EG and 0.5M sucrose). During the last 30 seconds of exposure to the previous solution, 4 embryos are loaded into a SafeSpeed vitrification support, following the manufacturer's recommendations, and immersed in liquid nitrogen. The vitrification support is reheated in a sterile water bath and the embryos are expelled in 1 mL of rehydration solution 1 (1 M sucrose), where they remain for 60 seconds, then being transferred immediately to rehydration solution 2 (0.5 M sucrose) for 180 seconds and finally to a solution without cryoprotectants, where 300 seconds remain.

Una vez finalizada la intervención experimental de deshidratación, enfriamiento, recalentamiento y rehidratación, los embriones permanecen en cultivo, siguiendo las prácticas operacionales estándar del laboratorio. Los resultados se comparan con un grupo control de 43 cigotos que no han sido sometidos a la intervención. A las 2 horas post-fertilización se evalúa la supervivencia: 33/34 (97%) embriones sobreviven al proceso de vitrificación. A las 120 horas se evalúa el desarrollo mediante la tasa de llegada a blastocisto: no se observa una disminución de la probabilidad de llegada a blastocisto por la vitrificación con el protocolo de preparación descrito (OR 0,89; 0,34­ 2,31).After the experimental intervention of dehydration, cooling, reheating and rehydration, the embryos remain in culture, following the standard operational practices of the laboratory. The results are compared with a control group of 43 zygotes that have not undergone the intervention. At 2 hours post-fertilization, survival is assessed: 33/34 (97%) embryos survive the vitrification process. At 120 hours the development is evaluated by the blastocyst arrival rate: a decrease in the probability of blastocyst arrival by vitrification is not observed with the described preparation protocol (OR 0.89; 0.34 2.31) .

Ejemplo 3:Example 3:

Exposición de 20 blastocistos murinos FVBxCD1 al protocolo de preparación para vitrificación ultrarápida descrito en el ejemplo 1. A las 2 horas se comprueba la supervivencia morfológica de 18/20 (90%) de los blastocistos.Exposure of 20 murine blastocysts FVBxCD1 to the preparation protocol for ultrafast vitrification described in Example 1. At 2 hours the morphological survival of 18/20 (90%) of the blastocysts is checked.

Referencias:References:

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Claims (13)

REIVINDICACIONES 1. Dispositivo y procedimiento para preparar células para su criopreservación por vitrificación ultrarápida en un tiempo sensiblemente inferior a los procedimientos actuales.1. Device and procedure for preparing cells for cryopreservation by ultrafast vitrification in a time significantly less than current procedures. 2. Dispositivo y procedimiento según reivindicación 1 en el que las células son óvulos o embriones en día 1 a 7 de desarrollo.2. Device and method according to claim 1 wherein the cells are ovules or embryos on day 1 to 7 of development. 3. Dispositivo y procedimiento según reivindicación 2 en el que los óvulos o embriones en día 1 a 7 de desarrollo son humanos.3. Device and method according to claim 2 wherein the ovules or embryos on day 1 to 7 of development are human. 4. Dispositivo y procedimiento caracterizado por lograr una concentración de solutos crítica en el citosol de las células a criopreservar mediante la exposición de las mismas a una solución o serie de soluciones hipertónicas.4. Device and procedure characterized by achieving a critical solute concentration in the cytosol of the cells to be cryopreserved by exposing them to a solution or series of hypertonic solutions. 5. Dispositivo y procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado por ser la concentración de solutos crítica del citosol aquella que lo dota de unas propiedades que permiten que se produzca una vitrificación exitosa al ser sometido a velocidades de enfriamiento y recalentamiento como las obtenidas con el dipositivo de vitrificación SafeSpeed o similares, evitando que se produzca la formación de hielo extra e intracelular lesivo durante el proceso.5. Device and method according to claim 4, characterized in that the concentration of critical solutes of the cytosol is that which gives it some properties that allow a successful vitrification to occur when subjected to cooling and reheating rates such as those obtained with the device of SafeSpeed or similar vitrification, preventing the formation of extra and intracellular damaging ice during the process. 6. Dispositivo y procedimiento según reivindicación 4 en el que se considera que la duración óptima de la exposición de las células a criopreservar a una solución o serie de soluciones hipertónicas es aquella que le permite alcanzar el punto mínimo de la excursión volumétrica provocada por el gradiente osmótico.6. Device and method according to claim 4, wherein the optimum duration of exposure of the cells to be cryopreserved to a solution or series of hypertonic solutions is considered to be that which allows it to reach the minimum volumetric excursion point caused by the gradient osmotic. 7. Dispositivo y procedimiento según reivindicación 6 en el que se considera que la duración de la exposición de las células a criopreservar a las soluciones hipertónicas se puede acortar o prolongar para acomodar las necesidades de manipulación y carga de las células en los dispositivos de vitrificación empleados.7. Device and method according to claim 6 wherein it is considered that the duration of exposure of the cells to be cryopreserved to hypertonic solutions can be shortened or prolonged to accommodate the handling and loading needs of the cells in the vitrification devices used . 8. Dispositivo y procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado por no requerir la permeación de los crioprotectores a través de la membrana celular para alcanzar la concentración crítica de solutos en el citosol, aunque no se evite específicamente si estos fuesen capaces de penetrar en las células en las condiciones aplicadas.8. Device and method according to claim 4, characterized by not requiring the permeation of the cryoprotectants through the cell membrane to reach the Critical concentration of solutes in the cytosol, although not specifically avoided if they were able to penetrate the cells under the conditions applied. 9. Dispositivo y procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado por el uso de soluciones hipertónicas cuya molaridad no provoque un stress osmótico o mecánico que comprometa la supervivencia y competencia biológica de las células vivas a criopreservar.9. Device and method according to claim 4, characterized by the use of hypertonic solutions whose molarity does not cause an osmotic or mechanical stress that compromises the survival and biological competence of the living cells to be cryopreserved. 10. Dispositivo y procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado por emplear una exposición directa o gradual de las células vivas a las soluciones hipertónicas para alcanzar la concentración de solutos crítica en el citosol.10. Device and method according to claim 4, characterized by employing a direct or gradual exposure of living cells to hypertonic solutions to reach the critical solute concentration in the cytosol. 11. Dispositivo y procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado por el uso de crioprotectores no permeables (como por ejemplo sacarosa, o similares) y/u/o crioprotectores permeables (como por ejemplo etilenglicol, dimetilsulfóxido o similares) como agentes osmóticos de las soluciones hipertónicas.11. Device and method according to claim 4, characterized by the use of non-permeable cryoprotectants (such as sucrose, or the like) and / or / or permeable cryoprotectants (such as ethylene glycol, dimethylsulfoxide or the like) as osmotic agents of the solutions hypertonic 12. Dispositivo y procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado por la utilización de fosfato tamponado salino (PBS por sus siglas en inglés) o similar como base para las soluciones hipertónicas empleadas para la preparación de las células vivas para su vitrificación.12. Device and method according to claim 4, characterized by the use of saline buffered phosphate (PBS) or the like as the basis for the hypertonic solutions used for the preparation of living cells for vitrification. 13. Dispositivo y procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado por la utilización del polímero sintético hidroxipropil celulosa con masa molecular media de 80.000 Da, o similares, como agente surfactante y espesante de las soluciones hipertónicas empleadas para la preparación de las células vivas para su vitrificación. 13. Device and method according to claim 5, characterized by the use of the synthetic polymer hydroxypropyl cellulose with an average molecular mass of 80,000 Da, or the like, as a surfactant and thickener of the hypertonic solutions used for the preparation of living cells for vitrification .
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