Vitrification of corneal lamellae

Abstract

In the work presented here it has been possible for the first time to carry out the vitrification of corneal lamellae without there being any ice formation or cracking of the frozen product. The basis for this success were three modifications of the vitrification procedure: (1) Instead of using corneoscleral discs which were previously used for freezing experiments, posterior corneal lamellae were used in this investigation. The resulting simultaneous volume reduction led to a more rapid and controllable heat exchange between the corneal tissue and the coolant. (2) By using frozen product packaging which was very thin-walled, transparent and Teflon-coated (Kapton / Teflon peel pouch) it was possible to achieve direct contact between the cornea and the frozen product packaging without endothelial cell damage, whereby the heat exchange was likewise optimized. (3) The flash freezing to -140°C which promotes vitrification was achieved by means of a newly developed freezing device using methylcyclopentane and propane as coolants. Since, despite the successful vitrification, only a maximum of 10% of the endothelial cells were vital after heating, the toxicity of the cryoprotectors which was determined to be the cause, and the devitrification which occurred during the heating process, should be further examined.

In der hier vorgestellten Arbeit ist es erstmals gelungen, Hornhautlamellen zu vitrifizieren, ohne daß es dabei zu einer Eis- oder Rißbildung im Gefriergut gekommen ist. Grundlage für diesen Erfolg waren drei Modifikationen des Vitrifikationsverfahrens. (1) Statt der bislang für Gefrierversuche verwendeten Korneoskleralscheiben wurden in dieser Untersuchung hintere Hornhautlamellen verwendet. Die damit einhergehende Volumenreduktion bedingte einen schnelleren und besser zu kontrollierenden Wärmeaustausch zwischen Hornhautgewebe und Kühlmedium. (2) Durch Verwendung eines sehr dünnwandigen, transparenten und teflonbeschichteten Gefriergutträgers (Kapton/Teflon Peel Pouch) konnte ein direkter Kontakt von Hornhaut und Gefriergutträger ohne Endothelzellschädigung erreicht werden, wodurch ebenfalls der Wärmeaustausch optimiert wurde. (3) Die für die Vitrifikation förderliche schockartige Abkühlung bis -140° C wurde mit einer neu entwickelten Einfriervorrichtung unter Verwendung von Methylcyclopentan und Propan als Kühlmittel erreicht. Da trotz erfolgreicher Vitrifikation nur maximal 10% der Endothelzellen nach dem Erwärmen vital waren, sollte die dafür als ursächlich ermittelte Toxizität der Kryoprotektoren und die während des Aufwärmvorganges auftretende Devitrifikation weiter untersucht werden.