Gold nanoparticle laser warming of cryopreserved zebrafish embryos

金纳米颗粒激光对冷冻斑马鱼胚胎的加温

基本信息

  • 批准号:
    10016844
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 72.81万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-05-01 至 2022-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary/Abstract Laboratories around the world have produced tens of thousands of distinct zebrafish lines that serve as model organisms for genetic and biomedical research that applies to human genetics and diseases. Maintaining all these valuable genotypes is expensive and beyond the capacity of even the largest stock centers. One solution is the cryopreservation of zebrafish sperm, eggs and embryos, an approach that would enable the strategy of increased multi- institutional research using animal models envisioned by the NIH Division of Comparative Medicine. Zebrafish sperm and eggs have been successfully cryopreserved, but technical challenges had prevented the cryopreservation of zebrafish embryos until recent success demonstrated by nanoComposix and Prof. John Bischof at the University of Minnesota. The main challenge with zebrafish embryo cryopreservation is the large embryo size, which limits the rate at which the embryo can be externally cooled and warmed. The innovative approach used by the applicants utilizes an injected formulation of gold nanoparticles that act as ultra- efficient heaters to generate heat internally when illuminated with an infrared laser. This technology demonstrated, for the first time, the successful cooling, cryogenic stabilization and rewarming of zebrafish embryos. Further development and commercialization of this successful proof-of-concept will address a critical need for zebrafish researchers and will form the basis for other genetic preservation applications in aquaculture and human reproduction, improving reproduction for societal, environmental and biodiversity needs. This project will further optimize the zebrafish embryo laser warming reagents, protocols, and equipment developed during the Phase I contract. The equipment will be beta tested by zebrafish research centers and a commercial system will be manufactured. The system will consist of a reagent formulation composed of a cryoprotectant agent and a gold nanoparticle, optimized to provide high photothermal conversion efficiency and minimal toxicity, and will be manufactured under a ISO 13485-compliant quality system. Reagent microinjection into the embryos and freezing and laser rewarming protocols will be refined to further improve embryo survival rates and will form the basis of training materials for end users. Finally, first-generation equipment will be developed, along with testing of automated, high-throughput methods for embryo cooling. Further technology development will provide a universal high throughput platform for preserving germplasm of other vertebrate and non-vertebrate organisms.
项目概要/摘要 世界各地的实验室已培育出数以万计的不同斑马鱼品系 作为适用于人类的遗传和生物医学研究的模式生物 遗传和疾病。维持所有这些有价值的基因型是昂贵的并且超出了 即使是最大的库存中心的容量。一种解决方案是冷冻保存斑马鱼 精子、卵子和胚胎,这种方法将能够实现增加多精子的策略 使用美国国立卫生研究院比较部门设想的动物模型进行机构研究 药品。斑马鱼精子和卵子已成功冷冻保存,但技术 挑战阻碍了斑马鱼胚胎的冷冻保存,直到最近取得成功 由 nanoComposix 和明尼苏达大学的 John Bischof 教授演示。这 斑马鱼胚胎冷冻保存的主要挑战是胚胎尺寸较大,这限制了 胚胎可以从外部冷却和加热的速率。创新方法 申请人使用的金纳米颗粒注射制剂可充当超 高效加热器在红外激光照射下可在内部产生热量。这 技术首次证明了成功的冷却、低温稳定和 斑马鱼胚胎的复温。这一成功的进一步开发和商业化 概念验证将满足斑马鱼研究人员的迫切需求,并将成为以下研究的基础 水产养殖和人类生殖中的其他遗传保存应用,改善 社会、环境和生物多样性需求的再生产。 该项目将进一步优化斑马鱼胚胎激光加温试剂、方案、 以及第一阶段合同期间开发的设备。该设备将进行 Beta 测试 将制造斑马鱼研究中心和商业系统。系统将 由冷冻保护剂和金纳米颗粒组成的试剂制剂组成, 经过优化以提供高光热转换效率和最小的毒性,并将 根据符合 ISO 13485 的质量体系制造。将试剂显微注射到 胚胎以及冷冻和激光复温方案将得到完善,以进一步改善胚胎 存活率并将构成最终用户培训材料的基础。最后是第一代 将开发设备,并测试自动化、高通量方法 胚胎冷却。进一步的技术发展将提供普遍的高通量 保存其他脊椎动物和非脊椎动物种质的平台。

项目成果

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