Cryopreservation of Human Stem Cells for Clinical Application: A Review

Transfus Med Hemother. 2011;38(2):107-123. doi: 10.1159/000326623. Epub 2011 Mar 16.

Abstract

SUMMARY: Stem cells have been used in a clinical setting for many years. Haematopoietic stem cells have been used for the treatment of both haematological and non-haematological disease; while more recently mesenchymal stem cells derived from bone marrow have been the subject of both laboratory and early clinical studies. Whilst these cells show both multipotency and expansion potential, they nonetheless do not form stable cell lines in culture which is likely to limit the breadth of their application in the field of regenerative medicine. Human embryonic stem cells are pluripotent cells, capable of forming stable cell lines which retain the capacity to differentiate into cells from all three germ layers. This makes them of special significance in both regenerative medicine and toxicology. Induced pluripotent stem (iPS) cells may also provide a similar breadth of utility without some of the confounding ethical issues surrounding embryonic stem cells. An essential pre-requisite to the commercial and clinical application of stem cells are suitable cryopreservation protocols for long-term storage. Whilst effective methods for cryopreservation and storage have been developed for haematopoietic and mesenchymal stem cells, embryonic cells and iPS cells have proved more refractory. This paper reviews the current state of cryopreservation as it pertains to stem cells and in particular the embryonic and iPS cell.

Zusammenfassung: Stammzellen werden seit vielen Jahren klinisch genutzt. Hämatopoetische Stammzellen werden für die Behandlung sowohl von hämatologischen als auch nichthämatologischen Erkrankungen eingesetzt. Mesenchymale, aus dem Knochenmark stammende Stammzellen hingegen sind einerseits Gegenstand von Laborversuchen, andererseits haben sie bereits Eingang in erste klinische Studien gefunden. Obwohl diese Zellen sowohl Multipotenz und Expansionspotential aufweisen, bilden sie in der Zellkultur keine stabilen Zelllinien aus, was vermutlich ihre Anwendungsbreite in der regenerativen Medizin limitieren wird. Menschliche embryonale Stammzellen sind pluripotente Zellen, sie sind dazu in der Lage, stabile Zelllinien auszubilden, welche die Fähigkeit behalten haben, sich in Zellen aus allen 3 Keimblättern zu differenzieren. Dies verleiht ihnen eine besondere Bedeutung sowohl für die regenerative Medizin als auch für toxikologische Untersuchungen. Induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen) könnten einen ähnlich breiten Anwendungsbereich aufweisen, ohne dass dabei mit den störenden ethischen Bedenken wie bei den embryonalen Stammzellen umgegangen werden muss. Eine essentielle Voraussetzung für eine kommerzielle und klinische Anwendung von Stammzellen ist die Existenz von geeigneten Kryokonservierungsverfahren zur Langzeitlagerung. Während es für hämatopoetische und mesenchymale Stammzellen bereits effektive Methoden gibt, ist das Problem für embryonale und iPS-Zellen noch nicht gelöst. Diese Arbeit gibt einen Überblick über den derzeitigen Stand hinsichtlich der Kryokonservierung soweit sie Stammzellen und insbesondere embryonale Zellen und iPS-Zellen betrifft.