криоконсервация

Криоконсервация, запазването на клетките и тъканите чрез замразяване.

Сър Иън Уилмут: Образование и криоконсервационни изследвания

Уилмут е отрасъл в Ковънтри, град в историческия английски окръг Уорикшир и той посещава селскостопанския колеж в университета

Криоконсервацията се основава на способността на някои малки молекули да влизат в клетките и да предотвратяват дехидратацията и образуването на вътреклетъчни ледени кристали, което може да причини клетъчна смърт и разрушаване на клетъчните органели по време на процеса на замразяване. Две често срещани криопротективни средства са диметил сулфоксид (DMSO) и глицерол. Глицеролът се използва главно за криопротекция на червените кръвни клетки, а DMSO се използва за защита на повечето други клетки и тъкани. Захар, наречена трехалоза, която се среща в организми, способни да преживеят екстремна дехидратация, се използва за методите на сушене чрез замразяване на криоконсервация. Трехалозата стабилизира клетъчните мембрани и е особено полезна за запазването на сперматозоидите, стволовите клетки и кръвните клетки.

Повечето системи за клетъчна криоконсервация използват фризер с контролирана скорост. Тази система за замразяване доставя течен азот в затворена камера, в която е поставена клетъчната суспензия. Внимателното наблюдение на скоростта на замръзване помага да се предотврати бързото клетъчно дехидратация и образуването на ледени кристали. По принцип клетките се вземат от стайна температура до приблизително -90 ° C (−130 ° F) във фризер с контролирана скорост. След това замразената клетъчна суспензия се прехвърля във фризер с течен азот, поддържан при изключително студени температури с азот или в пара, или в течна фаза. Криоконсервацията на базата на сушене чрез замразяване не изисква използването на фризери с течен азот.

Важно приложение на криоконсервацията е при замразяването и съхранението на хематопоетични стволови клетки, които се намират в костния мозък и периферната кръв. При автоложно спасяване на костно-мозъчен процес хематопоетичните стволови клетки се събират от костния мозък на пациента преди лечението с високодозова химиотерапия. След лечението криоконсервираните клетки на пациента се размразяват и се вливат обратно в тялото. Тази процедура е необходима, тъй като химиотерапията с високи дози е изключително токсична за костния мозък. Способността за криоконсервиране на хемопоетични стволови клетки значително подобри резултата за лечението на определени лимфоми и солидни туморни злокачествени заболявания. В случай на пациенти с левкемия, техните кръвни клетки са ракови и не могат да бъдат използвани за автоложно спасяване на костно-мозъчен мозък. В резултат на това тези пациенти разчитат на криоконсервирана кръв, събрана от пъпните връзки на новородени бебета, или на криоконсервирани хематопоетични стволови клетки, получени от донори. От края на 90-те години на миналия век се признава, че хематопоетичните стволови клетки и мезенхимните стволови клетки (получени от ембрионалната съединителна тъкан) са способни да се диференцират в скелетните и сърдечните мускулни тъкани, нервната тъкан и костите. Днес има интензивен интерес към растежа на тези клетки в системите за тъканни култури, както и за криоконсервирането на тези клетки за бъдеща терапия за голямо разнообразие от разстройства, включително разстройства на нервната и мускулната система и заболявания на черния дроб и сърцето,

Криоконсервацията се използва и за замразяване и съхраняване на човешки ембриони и сперматозоиди. Той е особено ценен за замразяването на допълнителни ембриони, които се генерират при ин витро оплождане (IVF). Двойка може да избере да използва цироконсервирани ембриони за по-късни бременности или в случай, че IVF се провали с пресни ембриони. В процеса на замразяване на ембриона ембрионите се размразяват и имплантират в матката на жената. Трансферът на замразени ембриони е свързан с малко, но значително увеличаване на риска от рак в детството сред деца, родени от такива ембриони.

Дълбоката хипотермия, форма на лека криоконсервация, използвана при пациенти с хора, има значителни приложения. Обща употреба на индукция на дълбока хипотермия е за сложни сърдечно-съдови хирургични процедури. След като пациентът е поставен на пълен кардиопулмонален байпас, използвайки сърдечно-белодробна машина, кръвта преминава през охлаждаща камера. Контролираното охлаждане на пациента може да достигне изключително ниски температури от около 10–14 ° C (50–57 ° F). Това количество охлаждане ефективно спира цялата мозъчна дейност и осигурява защита на всички жизненоважни органи. Когато е постигнато това изключително охлаждане, сърдечно-белодробната машина може да бъде спряна и хирургът може да коригира много сложни аортни и сърдечни дефекти по време на спиране на кръвообращението. През това време в пациента не циркулира никаква кръв. След приключване на операцията кръвта постепенно се затопля в същия топлообменник, използван за охлаждане. Постепенното затопляне обратно до нормалните телесни температури води до възобновяване на нормалните функции на мозъка и органите. Тази дълбока хипотермия обаче е далеч от замръзването и дългосрочната криоконсервация.

Клетките могат да живеят повече от десетилетие, ако са правилно замразени. В допълнение, някои тъкани, като паращитови жлези, вени, сърдечни клапи и аортна тъкан, могат да бъдат успешно запазени. Замразяването се използва и за съхраняване и поддържане на дългосрочната жизнеспособност на ранните човешки ембриони, яйцеклетки (яйца) и сперматозоиди. Процесите на замразяване, използвани за тези тъкани, са добре установени и при наличието на криопротективни агенти тъканите могат да се съхраняват за дълги периоди от време при температури от -14 ° C (6,8 ° F).

Изследванията показват, че цели животни, замразени в отсъствие на криопротективни агенти, могат да дават жизнеспособни клетки, съдържащи непокътната ДНК при размразяване. Например, ядра от мозъчни клетки от цели мишки, съхранявани при -20 ° C (-4 ° F) повече от 15 години, са били използвани за генериране на линии от ембрионални стволови клетки. Впоследствие тези клетки се използват за получаване на клонове на мишки.