Publication: Development of a levan - based formulation for efficient sperm cryopreservation
Abstract
Bilimsel, endüstriyel ve terapötik uygulamalarda, kriyoprezervasyon, hücrelerin, dokuların ve organların uzun süreli depolanması için yaygın olarak kullanılmaktadır. Sperm kriyoprezervasyonu, yardımcı üreme teknolojisinde (ART) yaygın bir uygulama haline gelmiştir. Kısırlık ve kanser tedavileri de dahil olmak üzere çeşitli durumlarda doğurganlığı korumak için popüler bir yöntemdir. Bununla birlikte, dondurarak saklama sırasındaki önemli değişiklikler, sperm zarına zarar vererek, zayıf hareketli veya düzensiz morfolojiye sahip sperm miktarında önemli bir artışa neden olur. Tek bir canlı sperm, tipik olarak klinik tedaviler için uygun olduğundan, dondurarak saklamanın bu hücreler üzerindeki etkilerine yönelik araştırmalar yavaş ilerlemektedir. Bu çalışma, muhafaza öncesi ve sonrası sperm kaybını en aza indirmeye yardımcı olmak için Levan polisakaritini kullanmayı amaçlamaktadır. Levan, çoğu mikroorganizmada ve birkaç bitki çeşidinde bulunan, β-2,6 glikosidik bağlarla bağlanan β-D-fruktofuranoz ünitelerinden ve β-(2,1) fruktosil-fruktoz dallarından oluşan ve yapısal olmayan bir polisakkarittir. Levan'ın biyouyumluluğu, biyolojik olarak parçalanabilirliği ve biyolojik aktivitesi, onu biyomedikal kullanım için iyi bir aday yapmaktadır. Bu yüksek lisans tezinin birincil amacı, fruktan formülasyonlarının kriyoprotektif yeteneklerini araştırmaktı. İlk olarak, dört farklı fruktan formülasyonunun sperm numuneleri üzerindeki etkisi değerlendirildi. Daha sonra, aynı fruktanlar, sperm hücrelerini farklı zamanlarda kriyoprezerve etmek için taze dondurma ortamı yapmak için kullanıldı ve dondurmadan sonra hücre hayatta kalması ve hareketliliği değerlendirildi. Ek olarak, çeşitli konsantrasyonlarda fruktan içeren ticari dondurma ortamlarının kriyoprotektif özellikleri değerlendirildi. Elde edilen sonuçlar, hidrolize Halomonas levan (hHL) ile %1 Human Serum Albumin (HSA) ve %10 gliserol kombinasyonunun, sperm hücrelerinin bir süre dondurulup çözüldükten sonra canlılığını ve hareketliliğini korumaya yardımcı olan en etkili formülasyon olduğunu göstermiştir. Bu durum, sperm hücresinin dondurularak saklanmasına hiçbir zararlı etkisi olmayan fruktanların, konsantrasyonlarına bağlı olarak çeşitli dondurma prosedürlerinde etkili kriyoprotektanlar olarak kullanılabileceğini göstermektedir.
In scientific, commercial, and therapeutic applications, cryopreservation is extensively used for the long-term storage of cells, tissues and organs. Sperm cryopreservation has become a common practice in assisted reproductive technology (ART). It is a popular method for preserving and protecting fertility in a variety of situations, including infertility and cancer treatments. However, significant changes during cryopreservation damage the sperm membrane, resulting in a substantial rise in the amount of sperms that are poorly motile or have irregular morphology. Since a single viable spermatozoon is typically appropriate for clinical therapies, research into the effects of cryopreservation on these cells has been progressing slowly. This study aims at using Levan polysaccharide to help minimize sperm loss before and after preservation. Levan is an uncommon non-structural polysaccharide found in most microorganisms and a few varieties of plants, which consists of residues of β-D-fructofuranose connected by β-2,6 glycosidic bonds and occasional β-(2,1) fructosyl-fructose branching. Levan's biocompatibility, biodegradability, and biological activity make it a good candidate for biomedical use. The primary objective of this master's thesis was to investigate the cryoprotective capabilities of fructan formulations. First, the effect of four distinct fructan formulations on sperm samples were evaluated. Next, the same fructans were used to make fresh freezing media to cryopreserve the sperm cells at different times, and cell survival and motility were assessed after freezing. In addition, the cryoprotective abilities of fructan-containing commercial freezing media at various concentrations were evaluated. The result obtained indicated that hydrolyzed Halomonas levan (hHL) in combination with %1 Human Serum Albumin (HSA) and 10% glycerol was the most effective formulation as it aided in maintaining the sperm cells’ viability and motility after freezing and thawing for a period of time. This indicates that fructans, which have no detrimental effects on sperm cell cryopreservation, may be utilized as efficient cryoprotectants in various freezing procedures, depending on their concentration. Bilimsel, endüstriyel ve terapötik uygulamalarda, kriyoprezervasyon, hücrelerin, dokuların ve organların uzun süreli depolanması için yaygın olarak kullanılmaktadır. Sperm kriyoprezervasyonu, yardımcı üreme teknolojisinde (ART) yaygın bir uygulama haline gelmiştir. Kısırlık ve kanser tedavileri de dahil olmak üzere çeşitli durumlarda doğurganlığı korumak için popüler bir yöntemdir. Bununla birlikte, dondurarak saklama sırasındaki önemli değişiklikler, sperm zarına zarar vererek, zayıf hareketli veya düzensiz morfolojiye sahip sperm miktarında önemli bir artışa neden olur. Tek bir canlı sperm, tipik olarak klinik tedaviler için uygun olduğundan, dondurarak saklamanın bu hücreler üzerindeki etkilerine yönelik araştırmalar yavaş ilerlemektedir. Bu çalışma, muhafaza öncesi ve sonrası sperm kaybını en aza indirmeye yardımcı olmak için Levan polisakaritini kullanmayı amaçlamaktadır. Levan, çoğu mikroorganizmada ve birkaç bitki çeşidinde bulunan, β-2,6 glikosidik bağlarla bağlanan β-fruktofuranoz ünitelerinden ve β-(2,1) fruktosil-fruktoz dallarından oluşan ve yapısal olmayan bir polisakkarittir. Levan'ın biyouyumluluğu, biyolojik olarak parçalanabilirliği ve biyolojik aktivitesi, onu biyomedikal kullanım için iyi bir aday yapmaktadır. Bu yüksek lisans tezinin birincil amacı, fruktan formülasyonlarının kriyoprotektif yeteneklerini araştırmaktı. İlk olarak, dört farklı fruktan formülasyonunun sperm numuneleri üzerindeki etkisi değerlendirildi. Daha sonra, aynı fruktanlar, sperm hücrelerini farklı zamanlarda kriyoprezerve etmek için taze dondurma ortamı yapmak için kullanıldı ve dondurmadan sonra hücre hayatta kalması ve hareketliliği değerlendirildi. Ek olarak, çeşitli konsantrasyonlarda fruktan içeren ticari dondurma ortamlarının kriyoprotektif özellikleri değerlendirildi. Elde edilen sonuçlar, hidrolize Halomonas levan (hHL) ile %1 Human Serum Albumin (HSA) ve %10 gliserol kombinasyonunun, sperm hücrelerinin bir süre dondurulup çözüldükten sonra canlılığını ve hareketliliğini korumaya yardımcı olan en etkili formülasyon olduğunu göstermiştir. Bu durum, sperm hücresinin dondurularak saklanmasına hiçbir zararlı etkisi olmayan fruktanların, konsantrasyonlarına bağlı olarak çeşitli dondurma prosedürlerinde etkili kriyoprotektanlar olarak kullanılabileceğini göstermektedir
In scientific, commercial, and therapeutic applications, cryopreservation is extensively used for the long-term storage of cells, tissues and organs. Sperm cryopreservation has become a common practice in assisted reproductive technology (ART). It is a popular method for preserving and protecting fertility in a variety of situations, including infertility and cancer treatments. However, significant changes during cryopreservation damage the sperm membrane, resulting in a substantial rise in the amount of sperms that are poorly motile or have irregular morphology. Since a single viable spermatozoon is typically appropriate for clinical therapies, research into the effects of cryopreservation on these cells has been progressing slowly. This study aims at using Levan polysaccharide to help minimize sperm loss before and after preservation. Levan is an uncommon non-structural polysaccharide found in most microorganisms and a few varieties of plants, which consists of residues of β-D-fructofuranose connected by β-2,6 glycosidic bonds and occasional β-(2,1) fructosyl-fructose branching. Levan's biocompatibility, biodegradability, and biological activity make it a good candidate for biomedical use. The primary objective of this master's thesis was to investigate the cryoprotective capabilities of fructan formulations. First, the effect of four distinct fructan formulations on sperm samples were evaluated. Next, the same fructans were used to make fresh freezing media to cryopreserve the sperm cells at different times, and cell survival and motility were assessed after freezing. In addition, the cryoprotective abilities of fructan-containing commercial freezing media at various concentrations were evaluated. The result obtained indicated that hydrolyzed Halomonas levan (hHL) in combination with %1 Human Serum Albumin (HSA) and 10% glycerol was the most effective formulation as it aided in maintaining the sperm cells’ viability and motility after freezing and thawing for a period of time. This indicates that fructans, which have no detrimental effects on sperm cell cryopreservation, may be utilized as efficient cryoprotectants in various freezing procedures, depending on their concentration. Bilimsel, endüstriyel ve terapötik uygulamalarda, kriyoprezervasyon, hücrelerin, dokuların ve organların uzun süreli depolanması için yaygın olarak kullanılmaktadır. Sperm kriyoprezervasyonu, yardımcı üreme teknolojisinde (ART) yaygın bir uygulama haline gelmiştir. Kısırlık ve kanser tedavileri de dahil olmak üzere çeşitli durumlarda doğurganlığı korumak için popüler bir yöntemdir. Bununla birlikte, dondurarak saklama sırasındaki önemli değişiklikler, sperm zarına zarar vererek, zayıf hareketli veya düzensiz morfolojiye sahip sperm miktarında önemli bir artışa neden olur. Tek bir canlı sperm, tipik olarak klinik tedaviler için uygun olduğundan, dondurarak saklamanın bu hücreler üzerindeki etkilerine yönelik araştırmalar yavaş ilerlemektedir. Bu çalışma, muhafaza öncesi ve sonrası sperm kaybını en aza indirmeye yardımcı olmak için Levan polisakaritini kullanmayı amaçlamaktadır. Levan, çoğu mikroorganizmada ve birkaç bitki çeşidinde bulunan, β-2,6 glikosidik bağlarla bağlanan β-fruktofuranoz ünitelerinden ve β-(2,1) fruktosil-fruktoz dallarından oluşan ve yapısal olmayan bir polisakkarittir. Levan'ın biyouyumluluğu, biyolojik olarak parçalanabilirliği ve biyolojik aktivitesi, onu biyomedikal kullanım için iyi bir aday yapmaktadır. Bu yüksek lisans tezinin birincil amacı, fruktan formülasyonlarının kriyoprotektif yeteneklerini araştırmaktı. İlk olarak, dört farklı fruktan formülasyonunun sperm numuneleri üzerindeki etkisi değerlendirildi. Daha sonra, aynı fruktanlar, sperm hücrelerini farklı zamanlarda kriyoprezerve etmek için taze dondurma ortamı yapmak için kullanıldı ve dondurmadan sonra hücre hayatta kalması ve hareketliliği değerlendirildi. Ek olarak, çeşitli konsantrasyonlarda fruktan içeren ticari dondurma ortamlarının kriyoprotektif özellikleri değerlendirildi. Elde edilen sonuçlar, hidrolize Halomonas levan (hHL) ile %1 Human Serum Albumin (HSA) ve %10 gliserol kombinasyonunun, sperm hücrelerinin bir süre dondurulup çözüldükten sonra canlılığını ve hareketliliğini korumaya yardımcı olan en etkili formülasyon olduğunu göstermiştir. Bu durum, sperm hücresinin dondurularak saklanmasına hiçbir zararlı etkisi olmayan fruktanların, konsantrasyonlarına bağlı olarak çeşitli dondurma prosedürlerinde etkili kriyoprotektanlar olarak kullanılabileceğini göstermektedir
Description
Keywords
Cryoprotectants, Fructans, Fruktanlar, Gliserol, Glycerol, Hidrolize Halomonas Levan (hHL), Human Serum Albumin (HSA), Hydrolysed Halomonas Levan (hHL), İnsan Serum Albümini (HSA), Kriyoprezervasyon, Kriyoprotektanlar Cryopreservation, Levan Polisakkariti, Levan Polysaccharide, Reproductive techniques, Assisted, Sperm cryopreservation, Sperm kriyoprezervasyonu, Üreme teknikleri, Yardımcı