Kriokonservācija

Kriokonservācija, šūnu un audu saglabāšana, sasaldējot.

Sers Īans Vilmuts: Izglītības un saldēšanas pētījumu veikšana

Vilmuts tika uzaudzis Koventrijā, pilsētā Vorikšīras vēsturiskajā grāfistē, un viņš apmeklēja universitātes Lauksaimniecības koledžu

Kriokonservācija ir balstīta uz noteiktu mazu molekulu spēju iekļūt šūnās un novērst dehidratāciju un starpšūnu ledus kristālu veidošanos, kas var izraisīt šūnu nāvi un iznīcināt šūnu organellus sasalšanas procesa laikā. Divi izplatīti krioaizsardzības līdzekļi ir dimetilsulfoksīds (DMSO) un glicerīns. Glicerīnu galvenokārt izmanto sarkano asinsķermenīšu aizsardzībai, bet DMSO - vairuma citu šūnu un audu aizsardzībai. Kriokonservēšanas metodēs, ko sauc par trehalozi, kas rodas organismos, kas spēj pārdzīvot ārkārtēju dehidratāciju, tiek izmantots saldēšanas-žāvēšanas metodēs. Trehaloze stabilizē šūnu membrānas, un tā ir īpaši noderīga, lai saglabātu spermu, cilmes šūnas un asins šūnas.

Lielākajā daļā šūnveida kriokonservēšanas sistēmu tiek izmantots saldētavas ar kontrolētu ātrumu. Šī saldēšanas sistēma šķidro slāpekli nogādā slēgtā kamerā, kurā ievieto šūnu suspensiju. Rūpīga saldēšanas ātruma kontrole palīdz novērst ātru šūnu dehidratāciju un ledus kristālu veidošanos. Parasti šūnas no istabas temperatūras līdz aptuveni –90 ° C (–130 ° F) ņem saldētavā ar kontrolētu ātrumu. Pēc tam sasalušo šūnu suspensiju pārvieto šķidrā slāpekļa saldētavā, kas tiek uzturēta ārkārtīgi aukstā temperatūrā ar slāpekli tvaika vai šķidrā fāzē. Kriokonservācija, kas balstīta uz žāvēšanu liofilizācijā, nav jāizmanto šķidruma-slāpekļa saldētavas.

Svarīgs kriokonservācijas pielietojums ir asinsrades cilmes šūnu sasaldēšana un uzglabāšana, kas atrodamas kaulu smadzenēs un perifērajās asinīs. Autologā kaulu smadzeņu glābšanā pirms ārstēšanas ar lielu devu ķīmijterapiju pacienta kaulu smadzenēs savāc asinsrades cilmes šūnas. Pēc ārstēšanas pacienta šūnās, kas konservētas, šūnas tiek atkausētas un ievadītas atpakaļ ķermenī. Šī procedūra ir nepieciešama, jo lielas ķīmijterapijas devas ir ārkārtīgi toksiskas kaulu smadzenēm. Spēja kriokonservēt asinsrades cilmes šūnas ir ievērojami uzlabojusi noteiktu limfomu un cietu audzēju ļaundabīgu audzēju ārstēšanas rezultātu. Leikēmijas slimnieku asins šūnās ir vēzis, un tos nevar izmantot autologai kaulu smadzeņu glābšanai. Rezultātā šie pacienti paļaujas uz asinīs, kas konservētas asinīs, kas savāktas no jaundzimušo nabas saitēm, vai uz olbaltumvielu konservētām asinsrades cilmes šūnām, kas iegūtas no donoriem. Kopš 1990. gadu beigām ir atzīts, ka asinsrades cilmes šūnas un mezenhimālās cilmes šūnas (kas iegūtas no embriju saistaudiem) spēj diferencēties skeleta un sirds muskuļa audos, nervu audos un kaulos. Mūsdienās ir intensīva interese par šo šūnu augšanu audu kultūras sistēmās, kā arī par šo šūnu zemā konservēšanu turpmākās terapijas vajadzībām visdažādākajiem traucējumiem, ieskaitot nervu un muskuļu sistēmas traucējumus, kā arī aknu un sirds slimībām..

Kriokonservācija tiek izmantota arī cilvēku embriju un spermas sasaldēšanai un uzglabāšanai. Tas ir īpaši vērtīgi papildu embriju sasaldēšanai, kas rodas in vitro apaugļošanas (IVF) rezultātā. Pāris var izvēlēties izmantot ciparu konservētus embrijus vēlākajai grūtniecībai vai gadījumā, ja IVF neizdodas, izmantojot svaigus embrijus. Saldēta embrija pārvietošanas procesā embriji tiek atkausēti un implantēti sievietes dzemdē. Saldēta embrija pārnešana ir saistīta ar nelielu, bet ievērojamu bērnu vēža riska palielināšanos bērnu vidū, kas dzimuši no šādiem embrijiem.

Pamatīgu hipotermiju, kas ir viegla kriokonservācijas forma, kas tiek izmantota cilvēkiem, ir ievērojama pielietošana. Parasti dziļas hipotermijas indukcija ir paredzēta sarežģītām kardiovaskulārām ķirurģiskām procedūrām. Pēc tam, kad pacients ir novietots uz pilnīga kardiopulmonārā apvada, izmantojot sirds-plaušu aparātu, asinis iziet cauri dzesēšanas kamerai. Kontrolēta pacienta atdzesēšana var sasniegt ārkārtīgi zemu temperatūru, aptuveni 10–14 ° C (50–57 ° F). Šis atdzesēšanas daudzums efektīvi aptur visu smadzeņu darbību un nodrošina visu dzīvībai svarīgo orgānu aizsardzību. Kad šī ārkārtējā dzesēšana ir sasniegta, sirds un plaušu aparātu var apturēt, un ķirurgs asinsrites apstāšanās laikā var labot ļoti sarežģītus aortas un sirds defektus. Šajā laikā pacientā cirkulē asinis. Pēc operācijas pabeigšanas asinis pakāpeniski uzsilda tajā pašā siltummainī, ko izmanto dzesēšanai. Pakāpeniska sasilšana līdz normālai ķermeņa temperatūrai atjauno normālas smadzeņu un orgānu funkcijas. Šī dziļā hipotermija tomēr ir tālu no sasalšanas un ilgstošas ​​zemā konservēšanas.

Ja šūnas tiek pareizi sasaldētas, šūnas var dzīvot vairāk nekā desmit gadus. Turklāt noteiktus audus, piemēram, paratheidītus, vēnas, sirds vārstus un aortas audus, var veiksmīgi nokonservēt. Saldēšanu izmanto arī agrīnu cilvēka embriju, olšūnu (olšūnu) un spermas dzīvotspējas saglabāšanai un uzturēšanai. Šiem audiem izmantotās sasaldēšanas procedūras ir vispāratzītas, un krioaizsardzības līdzekļu klātbūtnē audus var ilgstoši uzglabāt temperatūrā –14 ° C (6.8 ° F).

Pētījumi liecina, ka veseli dzīvnieki, kas sasaldēti, ja nav krioaizsardzības līdzekļu, atkausēšanas laikā var iegūt dzīvotspējīgas šūnas, kas satur neskartu DNS. Piemēram, embriju cilmes šūnu līniju veidošanai tika izmantoti smadzeņu šūnu kodoli no veselām pelēm, kas noglabāti –20 ° C (–4 ° F) temperatūrā vairāk nekā 15 gadus. Pēc tam šīs šūnas tika izmantotas peles klonu iegūšanai.