Zwei Verfahren dominieren die Kryokonservierung biologischer Proben — und sie sind nicht austauschbar. Vitrifikation friert die Probe so schnell ein, dass gar keine Eiskristalle entstehen. Slowcooling (kontrolliertes langsames Einfrieren) senkt die Temperatur nach einem programmierten Protokoll ab und lässt die Zelle sich kontrolliert dehydrieren.
Wer das falsche Verfahren für den falschen Probentyp wählt, verliert Vitalität — oft ohne es zu merken, weil der Verlust erst beim Auftauen sichtbar wird. Dieser Beitrag ordnet Vitrifikation vs. Slowcooling technisch ein und zeigt, welches Verfahren welche Probe braucht.
Vitrifikation ist ein Ultraschnellgefrierverfahren, bei dem die Probe mit Abkühlraten von über 10.000 °C pro Minute direkt in einen glasartigen (amorphen) Zustand überführt wird. Weil die Wassermoleküle keine Zeit haben, sich zu einem Kristallgitter zu ordnen, entstehen keine Eiskristalle — und damit auch keine mechanischen Membranschäden.
Erkauft wird das mit hohen Konzentrationen an Kryoprotektiva (typischerweise Ethylenglykol und DMSO in Kombination, 30–40 % Gesamtkonzentration). Diese sind zytotoxisch, weshalb die Expositionszeit vor dem Eintauchen in Flüssigstickstoff bei –196 °C streng limitiert ist — oft auf unter 90 Sekunden.
Der gemeinsame Nenner: sehr kleine Volumina (Mikroliter-Bereich) und einzelne, extrem wertvolle Proben.
Slowcooling ist das programmierte, kontrollierte Einfrieren mit Abkühlraten von typischerweise 0,3 bis 3 °C pro Minute. Ein Controlled Rate Freezer wie der BIOFREEZE® BV45 von Consarctic® fährt dabei ein definiertes Temperaturprofil, das die Zelle osmotisch dehydriert, bevor intrazelluläres Eis entstehen kann.
Slowcooling ist überall dort überlegen, wo es um Volumen und Reproduzierbarkeit geht:
Ein 250-ml-Kryobeutel lässt sich nicht vitrifizieren. Die Physik erlaubt es nicht: Die notwendige Abkühlrate ist bei diesem Volumen unerreichbar.
Beim Übergang von flüssig zu fest gibt jede Probe Latentwärme (Kristallisationswärme) ab. Dieser Wärmestoß hebt die Probentemperatur schlagartig an und erzeugt genau dann Eiskristalle, wenn das Protokoll es eigentlich verhindern soll. Er ist die häufigste Ursache für unerklärliche Vitalitätsverluste bei ansonsten korrekt gefahrenen Protokollen.
Die TC-Aktiv-Funktion des BIOFREEZE® erkennt diesen Wärmeeintrag automatisch in der Probe selbst und löst einen vorprogrammierten Schockgefrierschritt aus, der die Wärme gezielt abführt. Das Ergebnis sind reproduzierbar hohe Überlebensraten — chargenübergreifend und unabhängig davon, welcher Mitarbeiter das Gerät bedient.
Die Wahl folgt vier Fragen:
In der Praxis arbeiten viele Einrichtungen mit beiden Verfahren parallel — die Kinderwunschklinik vitrifiziert Oozyten und Embryonen, friert aber Hodengewebe und Spermienproben im Controlled Rate Freezer ein.
Unabhängig vom Einfrierverfahren endet jede Probe im selben Zustand — bei –196 °C in Flüssigstickstoff. Und hier entscheidet sich, ob der Aufwand beim Einfrieren etwas wert war.
Oberhalb von etwa –130 °C (der Glasübergangstemperatur wässriger Systeme) beginnt die Rekristallisation: Mikroskopisch kleine Eiskerne wachsen zusammen und zerstören genau die Strukturen, die die Vitrifikation schützen sollte. Jede Temperaturexkursion über diese Schwelle ist irreversibel.
Für die Reproduktionsmedizin liefert Consarctic® dafür die ABV+ Serie (Aluminium-Kryobehälter von 4 bis 150 Litern für Vials, Beutel und Straws) und die ABS+ Serie (Edelstahl-Kryotanks). Beide verfügen über die exzentrische Tanköffnung, die die Verdampfungsoberfläche reduziert, die Dampfphasentemperatur absenkt und den LN₂-Verbrauch um bis zu 30 % senkt. Der drehbare Boden verkürzt die Entnahmezeit — und damit die Zeit, in der benachbarte Proben Wärme ausgesetzt sind.
Ergänzt wird das durch das Consarctic® Monitoring-System mit kontinuierlicher Füllstands- und Temperaturüberwachung, Fernzugriff und Alarmweiterleitung.
Ein exzellentes Vitrifikationsprotokoll in einem schlecht überwachten Tank ist ein Risiko mit Verzögerung. Consarctic GmbH plant, installiert und qualifiziert deshalb die gesamte Kette — vom Einfriergerät über den Kryotank und die LN₂-Versorgung bis zum Monitoring und zum kryogenen Transport in der ASR+ Dry-Shipper-Serie.
Alle Systeme sind GMP-konform gefertigt und nach EN ISO 13485:2016 sowie ISO 9001:2015 zertifiziert. Die Inbetriebnahme erfolgt mit vollständiger IQ/OQ-Dokumentation durch zertifizierte Techniker; der 24/7-Notfallservice ist an 365 Tagen im Jahr verfügbar.
Über 1.500 Kunden in mehr als 30 Ländern — darunter die Charité Universitätsmedizin Berlin, die Max-Planck-Gesellschaft und die Qatar Biobank — arbeiten mit dieser Infrastruktur.
Vitrifikation friert die Probe mit über 10.000 °C/min so schnell ein, dass keine Eiskristalle entstehen und die Probe glasartig erstarrt. Slowcooling senkt die Temperatur programmiert mit 0,3–3 °C/min und dehydriert die Zelle osmotisch. Vitrifikation eignet sich für Mikrovolumina wie Eizellen und Embryonen, Slowcooling für Zellsuspensionen, Beutel und GMP-Chargen.
Nein. Vitrifikation ist bei Oozyten und Embryonen überlegen, versagt aber bei größeren Volumina, weil die erforderliche Abkühlrate physikalisch nicht erreichbar ist. Für Stammzellpräparate, Kryobeutel und regulierte Chargenprozesse ist kontrolliertes Slowcooling mit dokumentiertem Protokoll das Verfahren der Wahl.
Für die meisten Säugerzellen gilt –1 °C/min als Ausgangswert. Der optimale Wert ist zelltypspezifisch und liegt zwischen 0,3 und 3 °C/min. Der BIOFREEZE® bringt vorinstallierte Programme mit und erlaubt vollständig frei definierbare Protokolle.
Beim Phasenübergang gibt die Probe Kristallisationswärme ab, die die Probentemperatur kurzzeitig anhebt und genau dann Eiskristalle erzeugt, wenn sie vermieden werden sollen. Die TC-Aktiv-Funktion des BIOFREEZE® erkennt diesen Wärmeeintrag und kompensiert ihn durch einen automatischen Schockgefrierschritt.
Für die Reproduktionsmedizin liefert Consarctic® die ABV+ Serie (Aluminium, 4–150 L) und die ABS+ Serie (Edelstahl). Beide sind für Vials, Straws und Beutel ausgelegt, arbeiten mit exzentrischer Tanköffnung für stabile Dampfphasentemperaturen und lassen sich in das Consarctic® Monitoring-System einbinden.
Vitrifikation und Slowcooling sind keine Konkurrenten, sondern zwei Werkzeuge für zwei physikalische Aufgaben. Die Entscheidung fällt pro Probentyp. Die kryogene Infrastruktur dahinter muss beides tragen — und über Jahrzehnte stabil bleiben.
Sie planen ein neues Kryoprogramm oder überprüfen Ihre bestehenden Einfrierprotokolle? Die Ingenieure von Consarctic GmbH beraten Sie zur Verfahrenswahl, zur passenden Geräte- und Tankkonfiguration und zur qualifizierten Inbetriebnahme. Sprechen Sie uns an.