Kryoprotektiva

Zusätzlich zur optimalen Kühlungsrate sind zum Schutz der Zelle vor den tiefen Temperaturen und ihren Auswirkungen sogenannte Kryoprotektiva notwendig. Diese stabilisieren die Zellmembranen, verringern die Eiskristallbildung und minimieren den Einfluss hoher Elektrolytkonzentrationen durch die Bindung von Wassermolekülen. Sie werden schon vor dem Einfrieren beigegeben und entfalten zumindest teilweise ihre Wirkung schon bei Temperaturen über dem Gefrierpunkt.
Die folgenden Kryoprotektiva finden Anwendung vor allem beim Embryotransfer, oft kommen auch Kombinationen vor.

Penetrierende Kryoprotektiva

Penetrierende Kryoprotektiva gelangen durch die Zellmembran ins Zellinnere, da sie ein geringes Molekulargewicht besitzen. Aufgrund der Membrandurchlässigkeit für das Kryoprotektivum erfolgt eine Aequilibrierung zwischen dem beim Kühlprozess aus der Zelle ausströmenden Wasser und dem einströmenden Kryoprotektivum. Somit wird die Schrumpfung der Zelle verhindert. Die Penetrierbarkeit des Gewebes hängt ab von der Temperatur, dem gewählten Kryoprotektivum, der Zelle selbst und dem Entwicklungsstadium eines Embryos. In hohen Dosen können penetrierende Kryoprotektiva toxisch auf die Zellen wirken, vor allem bei längerer Einwirkzeit unter hohen Temperaturen. Sie werden daher meist nach einer ersten Abkühlungsphase zugesetzt. Neben Glycerin, DMSO und Propandiol findet vor allem das Ethylenglykol Verwendung.

Nicht-penetrierende Kryoprotektiva

Nicht-penetrierende Kryoprotektiva entfalten ihre Schutzwirkung im Extrazellulärraum. Da sie nur in niedrigen molaren Konzentrationen eingesetzt werden und extrazellulär verbleiben, wirken sie weniger toxisch. In der Literatur werden den nicht-penetrierenden Kryoprotektiva verschiedene Wirkungsmechanismen zugeschrieben. Eine davon beruht darauf, dass diese Kälteschutzmittel den Anstieg der extrazellulären Ionenkonzentration verzögern und somit den Wasseraustritt aus der Zelle vermindern. Damit wird der Dehydratation der Zelle und den entsprechenden Folgeschäden entgegengewirkt. Der prominenteste Vertreter der nicht-penetrierenden Kryoprotektiva ist die Sucrose.