Temperature Dependence of Membrane Permeability Parameters for Five Cell Types Using Nonideal Thermodynamic Assumptions to Mathematically Model Cryopreservation Protocols
Notice bibliographique
Résumé
Cryopreservation is the process of preserving biological matter at subzero temperatures for long-term storage. During cryopreservation, cells are susceptible to various injuries that can be mitigated by controlling the cooling and warming profiles and cryoprotective agent (CPA) addition and removal procedures. Mathematical modeling of the changing cell volume at different temperatures can greatly reduce the experiments needed to optimize cryopreservation protocols. Such mathematical modeling requires as inputs the cell membrane permeabilities to water and CPA and the osmotically inactive fraction of the cell. Since the intra- and extracellular solutions are generally thermodynamically nonideal, our group has been incorporating the osmotic virial equation to model the solution thermodynamics that underlie the cell volume change equations, adding the second and third osmotic virial coefficients of the grouped intracellular solute to the cell osmotic parameters that must be measured. In our previous work, we reported methods to obtain cell osmotic parameters at room temperature by fitting experimental cell volume kinetic data with equations that incorporated nonideal solution thermodynamics assumptions. Since the relevant cell volume excursions occur at different temperatures, the temperature dependence of the osmotic parameters plays an important role. In this work, we present a new two-part fitting method to obtain five cell-type-specific parameters (water permeability, dimethyl sulfoxide permeability, osmotically inactive fraction, and the second and third osmotic virial coefficients of the intracellular solution) from experimental measurements of equilibrium cell volume and cell volume as a function of time at room temperature and 0 °C for five cell types, namely, human umbilical vein endothelial cells (HUVECs), H9c2 rat myoblasts, porcine corneal endothelial cells (PCECs), the Jurkat T-lymphocyte cell line, and human cerebral microvascular endothelial cells (hCMECs/D3 cell line). The fitting method in this work is based on both equilibrium and kinetic cell volume data, enabling us to solve some technical challenges and expand our previously reported measurement technique to 0 °C. Finally, we use the measured parameters to model the cell volume changes for a HUVEC cryopreservation protocol to demonstrate the impact of the nonideal thermodynamic assumptions on predicting the changing cell volume during freezing and thawing.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».