Kriokonservavimas

Kriokonservavimas, ląstelių ir audinių išsaugojimas užšaldant.

Seras Ianas Wilmutas: Švietimo ir šalto konservavimo tyrimai

Wilmutas užaugo Koventris mieste, istoriniame Anglijos Varviksyro grafystėje, jis lankė universiteto Žemės ūkio koledžą

Kriokonservavimas yra pagrįstas tam tikrų mažų molekulių gebėjimu patekti į ląsteles ir užkirsti kelią dehidratacijai ir tarpląstelinių ledo kristalų susidarymui, kuris gali sukelti ląstelių žūtį ir ląstelių organelių sunaikinimą užšalimo proceso metu. Du paplitę krioapsauginiai agentai yra dimetilsulfoksidas (DMSO) ir glicerolis. Glicerolis visų pirma naudojamas raudonajam kraujo kūneliui apsaugoti, o DMSO - daugumai kitų ląstelių ir audinių apsaugoti. Cukrus, vadinamas trehaloze, kuris susidaro organizmuose, galinčiuose išgyventi ypač dehidratuojant, yra naudojamas šaldymo-džiovinimo būdu. Trehalozė stabilizuoja ląstelių membranas, todėl ji ypač naudinga spermos, kamieninių ir kraujo ląstelių išsaugojimui.

Daugumoje ląstelių kriokonservavimo sistemų naudojamas kontroliuojamas greitis. Ši užšalimo sistema skystą azotą tiekia į uždarą kamerą, į kurią įdedama ląstelių suspensija. Atidus užšalimo greičio stebėjimas padeda išvengti greito ląstelių dehidratacijos ir ledo kristalų susidarymo. Paprastai ląstelės paleidžiamos nuo kambario temperatūros iki maždaug –90 ° C (–130 ° F) kontroliuojamo greičio šaldiklyje. Tada užšaldyta ląstelių suspensija perpilama į skysto azoto šaldiklį, palaikomą esant ypač šaltai temperatūrai, esant azotu garų arba skystoje fazėje. Dėl šaldymo-džiovinimo pagrįsto šaltojo konservavimo nereikia naudoti skysčių-azoto šaldiklių.

Svarbus kriokonservavimo būdas yra kraujodaros kamieninių ląstelių, esančių kaulų čiulpuose ir periferiniame kraujyje, užšaldymas ir laikymas. Atliekant autologinį kaulų čiulpų gelbėjimą, prieš gydymą didelėmis chemoterapijos dozėmis paciento kaulų čiulpai renkami kraujodaros kamieninės ląstelės. Po gydymo paciento konservuotos ląstelės atšildomos ir vėl užpilamos į kūną. Ši procedūra yra būtina, nes didelės chemoterapijos dozės yra ypač toksiškos kaulų čiulpui. Gebėjimas šaldyti kraujodaros kamienines ląsteles labai pagerino tam tikrų limfomų ir solidinių navikų piktybinių navikų gydymo rezultatus. Ligoniams, sergantiems leukemija, jų kraujo ląstelės yra vėžinės, todėl jų negalima panaudoti autologiniam kaulų čiulpų gelbėjimui. Dėl šios priežasties šie pacientai naudojasi konservuotu krauju, paimtu iš naujagimių virkštelės, arba iš donorų gautomis kriofizinėmis konservuotomis kraujodaros kamieninėmis ląstelėmis. Nuo dešimtojo dešimtmečio pabaigos buvo pripažinta, kad kraujodaros kamieninės ląstelės ir mezenchiminės kamieninės ląstelės (gautos iš jungiamojo embriono audinio) gali diferencijuotis į skeleto ir širdies raumens audinius, nervinį audinį ir kaulą. Šiandien labai domimasi šių ląstelių augimu audinių kultūros sistemose, taip pat šių ląstelių krioferziniu konservavimu ateityje, gydant įvairius sutrikimus, įskaitant nervų ir raumenų sistemų sutrikimus bei kepenų ir širdies ligas..

Kriokonservavimas taip pat naudojamas žmogaus embrionų ir spermos užšaldymui ir laikymui. Tai ypač vertinga užšaldant papildomus embrionus, kurie susidaro apvaisinant in vitro (IVF). Pora gali pasirinkti naudoti embrionus, kurie yra konservuoti su kofermentais vėlesniam nėštumui arba tuo atveju, jei IVF nepavyksta su naujais embrionais. Šaldyto embriono perkėlimo metu embrionai atšildomi ir implantuojami į moters gimdą. Sušaldytas embrionų perkėlimas yra susijęs su nedideliu, bet reikšmingu vaikų vėžio rizikos padidėjimu tarp tokių embrionų gimusių vaikų.

Didelė hipotermija - švelnaus kriokonservacijos forma, naudojama žmonėms - yra labai svarbi. Paprastai gilios hipotermijos indukcija naudojama sudėtingoms širdies ir kraujagyslių chirurginėms procedūroms. Po širdies ir plaučių aparato pacientui atlikus pilną širdies ir plaučių apvadą, kraujas praeina per aušinimo kamerą. Kontroliuojamas paciento vėsinimas gali pasiekti ypač žemą, maždaug 10–14 ° C (50–57 ° F), temperatūrą. Šis aušinimo kiekis efektyviai sustabdo visą smegenų veiklą ir apsaugo visus gyvybiškai svarbius organus. Pasiekus šį nepaprastą atvėsimą, širdies ir plaučių aparatą galima sustabdyti, o chirurgas kraujotakos sustojimo metu gali ištaisyti labai sudėtingus aortos ir širdies defektus. Per tą laiką paciento kraujyje nėra cirkuliacijos. Po operacijos kraujas pamažu pašildomas tuo pačiu šilumokaičiu, kuris naudojamas aušinimui. Palaipsniui įšilus normaliai kūno temperatūrai, normalizuojasi smegenų ir organų funkcijos. Tačiau ši gili hipotermija yra labai nutolusi nuo užšalimo ir ilgalaikio šaltojo konservavimo.

Tinkamai užšaldžius, ląstelės gali gyventi daugiau nei dešimtmetį. Be to, kai kuriuos audinius, tokius kaip prieskydinės liaukos, venos, širdies vožtuvai ir aortos audiniai, galima sėkmingai konservuoti. Užšaldymas taip pat naudojamas siekiant išsaugoti ir išlaikyti ilgalaikį ankstyvųjų žmogaus embrionų, kiaušialąsčių (spermos) ir spermos gyvybingumą. Šiems audiniams naudojamos užšaldymo procedūros yra gerai žinomos, o esant kriopreparatams audinius galima ilgą laiką laikyti esant –14 ° C (6,8 ° F) temperatūrai.

Tyrimai parodė, kad sveiki gyvūnai, sušaldyti, nesant krioprotektorių, atšildydami gali duoti gyvybingas ląsteles, kuriose yra nepažeista DNR. Pavyzdžiui, ištisų pelių smegenų ląstelių branduoliai, laikomi –20 ° C (–4 ° F) temperatūroje daugiau nei 15 metų, buvo naudojami embrioninių kamieninių ląstelių linijoms generuoti. Vėliau šios ląstelės buvo naudojamos pelių klonams gaminti.