PT1494019E - Processo e dispositivo para análise de materiais biológicos - Google Patents

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Description

ΕΡ 1 494 019/ΡΤ
DESCRIÇÃO "Processo e dispositivo para análise de materiais biológicos" A invenção refere-se a um processo de análise para crioamostras, de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1, assim como ao correspondente dispositivo de análise segundo a reivindicação 8.
Graças à chamada crioconservação, as culturas biológicas de células, ou células isoladas (por exemplo, células estaminais ou óvulos), podem ser congeladas, possibilitando assim uma posterior utilização ou análise das crioamostras congeladas.
Num processo de crioconservação de células biológicas ou de culturas de células como este, o problema é o perigo de uma deterioração das células, que pode ocorrer em especial nos processos de refrigeração rápidos e que é provocada pelos processos de cristalização.
Por conseguinte, na crioconservação é necessário um controlo da qualidade, a fim de determinar a vitalidade das células descongeladas e reconhecer eventuais danos, mediante processos de recristalização, a fim de poder eventualmente descartar a crioamostra descongelada.
Sabe-se que as crioamostras têm de ser analisadas microscopicamente, em estado de congeladas, a fim de reconhecer eventuais danos nas células, provocados por processos de recristalização.
Sabe-se também que as crioamostras devem ser colocadas por gotejamento sobre uma superfície fria ("splat cooling"), em seguida ser levadas à temperatura de recristalização e, finalmente, analisadas microscopicamente. A influência dos processos de congelação sobre as células biológicas foi analisada experimentalmente em diversos tipos de células, como as células de levedura e os espermatozóides, por criomicroscopia ou medições da DSC (varredura diferencial de calorimetria), (por exemplo, 2 ΕΡ 1 494 019/ΡΤ
Medrano A. et al. "Importance of cooling rate and animal variability for boar sperm cryopreservation: Insights from the cryomicroscope", Reproduction (Cambridge), Vol. 123, N.° 2, fevereiro de 2002, páginas 315-322; Knox J.M. et al. "Volumetric changes in cells during freezing and thawing", Journal of Biomechanical engineering, Vol. 102, maio 1980, páginas 91-97; e Ramachandra V Devireddy et al. "Measurement of water transport during freezing in cell suspensions using a differential scanning calorimeter" Cryobiology, 1998, Vol. 36, páginas 124-155, Artigo N.° CY972071). Deste modo, as amostras são refrigeradas e congeladas segundo um perfil de temperaturas definido, mais especificamente com taxas de arrefecimento definidas.
No entanto, no processo de análise conhecido e acima descrito para as crioamostras, não é possível uma análise das mesmas em tempo real. A invenção baseia-se, por conseguinte, numa melhoria do processo de análise conhecido e acima descrito, a fim de tornar possível uma análise das crioamostras em tempo real.
Esta tarefa é solucionada mediante um processo de análise de acordo com a reivindicação 1 e o correspondente dispositivo de análise de acordo com a reivindicação 8. A invenção abrange os conhecimentos técnicos gerais de análise de crioamostras durante a congelação, a fim de reconhecer em tempo real uma eventual deterioração das células durante a congelação. A congelação das crioamostras decorre pelo processo já inicialmente referido do "Splat Cooling", no qual a crioamostra é colocada por gotejamento num recipiente para amostras, em que este se encontra a uma temperatura situada abaixo do ponto de fusão da crioamostra e/ou abaixo da temperatura de recristalização da crioamostra. O impacto do gotejamento da crioamostra no recipiente para amostras faz arrefecer a crioamostra na superfície fria do recipiente. Por conseguinte, é preferencialmente neste momento do impacto que a crioamostra deve ser analisada. Existe também a possibilidade de a crioamostra ser analisada imediatamente 3 ΕΡ 1 494 019/ΡΤ após ο impacto do gotejamento no recipiente para amostras, mas antes de congelar completamente, embora a invenção, no âmbito da análise da crioamostra, não esteja limitada a este período. Assim, a crioamostra pode ser analisada diretamente no ponto de impacto no recipiente para amostras.
Preferencialmente, a análise das crioamostras é feita oticamente, sendo a crioamostra analisada de preferência pelo processo de recristalização. 0 princípio de uma análise das crioamostras em tempo real, durante a congelação, de acordo com a invenção, não se limita, no entanto, à análise dos fenómenos de recristalização, podendo a mesma ser também realizada de acordo com outros tipos de análise.
Na análise ótica das crioamostras pode ocorrer, por exemplo, uma medição da transmissão e/ou uma medição da reflexão e/ou uma medição da luz difusa. Neste ponto, é utilizado o conhecimento de que os processos de cristalização na crioamostra alteram as propriedades óticas da mesma, o que pode ser determinado, por exemplo, por uma medição da intensidade da luz transmitida, refletida ou difundida. A invenção não está portanto limitada a uma medição da intensidade luminosa, no âmbito da análise ótica, tanto mais que também podem ser avaliadas outras propriedades óticas da luz transmitida, refletida ou difundida pela crioamostra, como por exemplo o espetro de frequência.
No processo de acordo com a invenção, a crioamostra, em estado de descongelada, é colocada por gotejamento num recipiente para amostras, onde arrefece e é analisada. Preferencialmente, o recipiente para amostras é uma placa arrefecida, para que a crioamostra, após impacto na mesma e em poucos milissegundos, congele e, por conseguinte, a sua forma já não se altere. A vantagem deste processo é que se a crioamostra derretesse, ocorreria uma alteração da sua forma e igualmente das suas propriedades óticas, o que faria com que a análise ótica da crioamostra fosse falseada. 4 ΕΡ 1 494 019/ΡΤ
Preferencialmente, neste exemplo de realização, o recipiente para amostras, ao nível do ponto de impacto, apresenta uma superfície plana e não inclinada, de modo a evitar que a crioamostra escorra.
Num outro exemplo de realização da invenção existe, na parte de cima do recipiente para amostras, uma tampa transparente, de preferência com a forma da placa, e que, juntamente com o recipiente para amostras, forma uma câmara de entrada, na qual a crioamostra se encontra durante a análise. A crioamostra é assim colocada e por fim analisada nesta câmara entre a tampa transparente e o recipiente para amostras, onde os processos de análise óticos são especialmente adequados. Mais preferencialmente, a inclusão da crioamostra entre a tampa transparente e o recipiente para amostras impede que um movimento da crioamostra, por exemplo devido ao facto de escorrer lateralmente, possa alterar as caracteristicas óticas da crioamostra.
Neste exemplo de realização da invenção, o recipiente para amostras deve, preferencialmente, ser colocado ligeiramente inclinado na direção da câmara de entrada, ou da tampa transparente, para que a crioamostra, após o impacto no recipiente para amostras, e devido à força da gravidade, escorra por si própria na câmara de entrada, entre o recipiente para amostras e a tampa transparente. Por exemplo, o recipiente para amostras pode apresentar um ângulo de inclinação situado entre 2o e 15°, embora a invenção não se restrinja a este ângulo de inclinação do recipiente para amostras.
Num outro exemplo de realização da invenção, a crioamostra para análise é introduzida num recipiente para amostras, durante a congelação, podendo o recipiente para amostras ser, por exemplo, uma cuvete. A cuvete é então colocada num dispositivo termostato, para congelação ou descongelação da crioamostra. Além disso, há que notar neste ponto que o recipiente para amostras apresenta, preferencialmente, uma parede pelo menos parcialmente transparente, a fim de possibilitar uma análise ótica da crioamostra que se encontra no recipiente para amostras. 5 ΕΡ 1 494 019/ΡΤ
Outras realizações vantajosas da invenção estão identificadas em reivindicações secundárias ou são explicadas mais detalhadamente com base nas figuras, juntamente com a descrição dos exemplos de realização preferenciais da invenção.
As figuras mostram:
Figura 1 Representação esquemática de um dispositivo de análise para crioamostras, segundo a invenção;
Figura 2 Exemplo de realização alternativa de um dispositivo de análise do mesmo tipo, assim como:
Figura 3 Outro exemplo de realização de um dispositivo de análise para crioamostras. 0 dispositivo de análise de acordo com a invenção, representado esquematicamente na Figura 1, indica, para inclusão das crioamostras 1 e 2, uma conduta 3, a qual pode ser, por exemplo, uma cânula. No entanto, e no que se refere à conduta 3, a invenção não está limitada a uma cânula, podendo ser realizada com outras tubos flexíveis ou por meio de condutas, que possibilitam uma inclusão manual ou automática das crioamostras 1 e 2.
Abaixo da abertura de entrada da conduta 3, encontra-se um recipiente para amostras 4, para o qual é feito o gotejamento da crioamostra 1, onde a crioamostra 2 se apresenta em estado de gotejamento, e no qual a crioamostra 2 se divide um pouco acima da superfície do recipiente para amostras 4.
Além disso, o recipiente para amostras 4 é depois ligado a um elemento de Peltier 5, que possibilita o arrefecimento ou aquecimento do recipiente para amostras 4 e, por conseguinte, também da crioamostra 2 que nele se encontra. 0 recipiente para amostras 4 é por isso arrefecido antes de a crioamostra 1 ou 2 ser gotejada do elemento de Peltier 5, até abaixo da temperatura de recristalização das crioamostras 1, 2, de modo a que a crioamostra 2 gotejada solidifique em alguns milissegundos e acabe por congelar interiormente. 6 ΕΡ 1 494 019/ΡΤ
Durante a congelação da crioamostra 2, esta é analisada em tempo real, a fim de poder reconhecer os processos de recristalização no seu interior.
Para isso, o dispositivo de análise de acordo com a invenção apresenta um laser 6, que dirige um feixe de laser 7 sobre a crioamostra 2, na qual um feixe de laser 8, refletido a partir da crioamostra 2, é detetado por um fotodetetor 9. Mediante uma avaliação da intensidade do feixe de laser 8 refletido, podem depois ser reconhecidos os processos de recristalização que se expressam, por exemplo, num pico.
Deste modo, logo na congelação da crioamostra 2, é possível reconhecer processos de recristalização lesivos das células. Além disso, este dispositivo de análise permite também um reconhecimento em tempo real dos processos de recristalização lesivos das células, durante a descongelação da crioamostra 2, quando o elemento de Peltier 5 volta a descongelar o recipiente para amostras 4 e, por conseguinte, também a crioamostra 2. 0 exemplo de realização alternativa de um dispositivo de análise de acordo com a invenção, apresentado na Figura 2, concorda amplamente com o exemplo de realização anteriormente descrito e apresentado na Figura 1, de modo que para evitar repetições da descrição feita em grande parte acima na Figura 1 são utilizados os mesmos números de referência para os componentes correspondentes, distinguindo-se apenas por serem caracterizados por um apóstrofo.
Uma especificidade deste exemplo de realização consiste no facto de o recipiente para amostras 4', em forma de placa, apresentar, na sua parte superior, uma tampa transparente 10', igualmente em forma de placa, paralela ao recipiente para amostras 4'. A tampa transparente 10', juntamente com o recipiente para amostras 4', fecha uma câmara de entrada, na qual se encontra a crioamostra 2' durante a análise ótica através do laser 6' e do fotodetetor 9'.
Além disso, o conjunto do recipiente para amostras 4' está inclinado em relação à horizontal, com um ângulo de inclinação α na direção da tampa 10', em que o ângulo de 7 ΕΡ 1 494 019/ΡΤ inclinação α pode situar-se, por exemplo, na zona entre 2° e 15°. A inclinação do recipiente para amostras 4' em relação à horizontal serve para introduzir a crioamostra 2' na câmara de entrada entre a tampa 10' e o recipiente para amostras 4', como a seguir se descreve.
Assim, a crioamostra 1' deixa a conduta 3' e, sob o efeito da força de gravidade, cai, na direcção de um ponto de impacto 11', sobre o recipiente para amostras 4'. Depois do impacto no ponto de impacto 11' do recipiente para amostras 4', a crioamostra 2' flui, entrando em seguida na câmara de entrada entre a tampa 10' e o recipiente para amostras 4', onde se instala. Ai, a crioamostra 2' congela, sendo analisada com o laser 6' e o fotodetetor 9' , a fim de poder reconhecer os processos de recristalização. O exemplo apresentado na Figura 3 de realização alternativa de um dispositivo de análise de acordo com a invenção está igualmente em conformidade com o exemplo de realização acima descrito e mostrado na Figura 1, de modo que, a seguir, e para evitar repetições da descrição feita em grande parte acima na Figura 1, são utilizados os mesmos números de referência para os componentes correspondentes, distinguindo-se apenas por serem caracterizados por dois apóstrofos.
Uma especificidade deste exemplo de realização consiste no facto de a crioamostra 2'', durante a análise pelo laser 6'' e pelo fotodetetor 9'', ser recolhida num recipiente para amostras 12'', em forma de cuvete, em que o recipiente para amostras 12'' é aquecido/arrefecido mediante um elemento de Peltier 5''. O elemento de Peltier 5'' e o recipiente para amostras 12'' apresentam uma parede pelo menos parcialmente transparente, que permite a fluoroscopia através do laser 6' ' . A invenção não está limitada aos exemplos de realização preferencial acima descritos. Aliás, é possível uma multiplicidade de variantes e alterações, que também fazem ΕΡ 1 494 019/ΡΤ 8 uso do conceito da invenção e que, por conseguinte, se inserem no âmbito de aplicação.
Lisboa, 2013-05-06

Claims (13)

  1. ΕΡ 1 494 019/ΡΤ 1/3 REIVINDICAÇÕES 1. Processo de análise para pelo menos uma crioamostra biológica (1, 1' , 1'' , 2, 2' , 2''), em especial para o controlo da qualidade na crioconservação, com os seguintes passos: - gotejamento da crioamostra (1, 1', 1'', 2, 2’, 2'') para um recipiente para amostras (4, 4'), - refrigeração e congelação da crioamostra (1, 1', 1'', 2, 2', 2'') colocada por gotejamento no recipiente para amostras (4, 4'), análise da crioamostra (1, 1', 1'', 2, 2’ , 2'') colocada por gotejamento no recipiente para amostras (4, 4') durante a congelação, caracterizada por o recipiente para amostras (4, 4' ) , antes do gotejamento da crioamostra (1, 1', 1'', 2, 2' , 2''), ser arrefecido abaixo da temperatura de fusão e/ou abaixo da temperatura de recristalização da crioamostra (1, 1', 1'', 2, 2', 2'').
  2. 2. Processo de análise de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a crioamostra (1, 1', 1'', 2, 2', 2'') ser analisada oticamente.
  3. 3. Processo de análise de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado por a crioamostra (1, 1', 1'', 2, 2', 2’’) ser analisada em cristalizações.
  4. 4. Processo de análise de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a análise ótica da crioamostra (1, 1', 1'', 2, 2', 2’’ ) incluir uma medição da transmissão e/ou uma medição da reflexão e/ou uma medição da luz difundida.
  5. 5. Processo de análise de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por na parte superior do recipiente para amostras (4, 4') existir uma tampa transparente e a crioamostra (1, 1', 2, 2') ser colocada na câmara intermédia entre essa tampa e o recipiente para amostras (4, 4')· ΕΡ 1 494 019/ΡΤ 2/3
  6. 6. Processo de análise de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelos seguintes passos: - introdução da crioamostra (1'', 2'' ) num recipiente para amostras (12''), - refrigeração da crioamostra (1'', 2' ' ) no recipiente para amostras (12''), - análise da crioamostra (1'', 2'') no recipiente para amostras (12'') .
  7. 7. Dispositivo de análise para pelo menos uma crioamostra (1, 1', 1'' , 2, 2' , 2''), em especial para o controlo da qualidade na crioconservação, com: um dispositivo termostato (5, 5' , 5' ' ) para a congelação da crioamostra (1, 1', 1'', 2, 2', 2''), - um recipiente para amostras (4, 4') que pode ser aquecido/ arrefecido pelo dispositivo termostato (5, 5') para a entrada da crioamostra (1, 1', 1'', 2, 2', 2'') durante a análise, - um dispositivo de análise (6, 6', 6'', 9, 9', 9'') para análise da crioamostra (1, 1', 1'', 2, 2', 2'') durante a congelação, caracterizado por - um dispositivo de gotejamento (3, 3') para gotejamento da crioamostra (1, 1', 1'', 2, 2', 2'') num ponto de impacto no recipiente para amostras (4, 4')·
  8. 8. Dispositivo de análise de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por o dispositivo de análise (6, 6', 6'', 9, 9', 9'') apresentar uma fonte de luz (6, 6', 6'') para fluoroscopia ou iluminação da crioamostra (1, 1', 1'', 2, 2', 2' ' ) .
  9. 9. Dispositivo de análise de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por o dispositivo de análise (6, 6', 6'', 9, 9', 9''), para determinação da luz refletida, difundida e/ou transmitida pela crioamostra (1, 1', 1'', 2, 2', 2''), apresentar um fotodetetor (9, 9', 9'').
  10. 10. Dispositivo de análise de acordo com uma das reivindicações 7 a 9, caracterizado por o recipiente para amostras (4, 4')/ no ponto de impacto da crioamostra (1, 1', 1'' , 2, 2', 2'') apresentar uma superfície bastante plana. ΕΡ 1 494 019/ΡΤ 3/3
  11. 11. Dispositivo de análise de acordo com uma das reivindicações 7 a 9, caracterizado por uma tampa transparente (10') para o recipiente para amostras (4, 4')/ localizada lateralmente, próximo do ponto de impacto (11')/ no recipiente para amostras (4, 4'), e que entre o recipiente para amostras (4, 4') e a tampa (10') forma uma câmara de entrada para a crioamostra (2') colocada por gotejamento.
  12. 12. Dispositivo de análise de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por o recipiente para amostras (4, 4'), no ponto de impacto (11'), apresentar uma superfície que, na direção da câmara de entrada é inclinada.
  13. 13. Dispositivo de análise de acordo com uma das reivindicações 7 a 12, caracterizado por dispor de um recipiente para amostras (12'') para a entrada da crioamostra (1'', 2'') durante a análise, em que o recipiente para amostras (12'') apresenta uma parede pelo menos parcialmente transparente, a fim de possibilitar uma análise ótica da crioamostra (1'', 2'') que se encontra no recipiente para amostras (12'') . Lisboa, 2013-05-06
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