kryokonzervace
kryokonzervace, konzervace buněk a tkání zmrazením.
Schering AG/Getty Images
© American Chemical Society (Britannica Publikování Partnera)Podívejte se na všechny videa o tomto článku
Kryokonzervace je založena na schopnosti některých malých molekul do buněk a zabránit dehydrataci a vzniku intracelulární krystaly ledu, které mohou způsobit buněčnou smrt a destrukci buněčných organel během procesu zmrazování. Dvě běžná kryoprotektivní činidla jsou dimethylsulfoxid (DMSO) a glycerol. Glycerol se používá především pro kryoprotekci červených krvinek a DMSO se používá k ochraně většiny ostatních buněk a tkání. Cukr zvaný trehalóza, který se vyskytuje v organismech schopných přežít extrémní dehydrataci, se používá pro metody lyofilizace kryokonzervace. Trehalóza stabilizuje buněčné membrány a je zvláště užitečná pro uchování spermií, kmenových buněk a krevních buněk.
většina systémů buněčné kryokonzervace používá mrazničku s řízenou rychlostí. Tento zmrazovací systém dodává tekutý dusík do uzavřené komory, do které je umístěna buněčná suspenze. Pečlivé sledování rychlosti zmrazení pomáhá zabránit rychlé buněčné dehydrataci a tvorbě ledových krystalů. Obecně se buňky odebírají z pokojové teploty na přibližně -90 °C (-130 °F) v mrazničce s řízenou rychlostí. Zmrzlé buněčné suspenze je poté převedena do kapalného dusíku mrazničky udržuje na velmi nízkých teplot s dusíkem v plynné nebo kapalné fázi. Kryokonzervace založená na lyofilizaci nevyžaduje použití mrazniček kapalný dusík.
důležitou aplikací kryokonzervace je zmrazení a skladování hematopoetických kmenových buněk, které se nacházejí v kostní dřeni a periferní krvi. Při autologní záchraně kostní dřeně se hematopoetické kmenové buňky odebírají z kostní dřeně pacienta před léčbou vysokou dávkou chemoterapie. Po léčbě jsou kryokonzervované buňky pacienta rozmrazeny a infuzovány zpět do těla. Tento postup je nezbytný, protože vysokodávková chemoterapie je extrémně toxická pro kostní dřeň. Schopnost kryokonzervovat krvetvorné kmenové buňky výrazně zvýšila výsledek léčby některých lymfomů a solidních nádorových malignit. V případě pacientů s leukémií jsou jejich krevní buňky rakovinné a nelze je použít k autologní záchraně kostní dřeně. Jako výsledek, tito pacienti spoléhají na kryokonzervované krve odebrané z pupeční šňůry novorozenců nebo na kryokonzervované krvetvorných kmenových buněk získaných od dárců. Od pozdní 1990, to bylo uznal, že krvetvorné kmenové buňky a mezenchymální kmenové buňky (získané z embryonální pojivové tkáně), jsou schopny diferencovat do kosterní a srdeční svalové tkáně, nervové tkáně a kosti. Dnes je intenzivní zájem o růst těchto buněk v tkáňové kultuře systémů, stejně jako v kryokonzervace tyto buňky pro budoucí terapie pro širokou škálu onemocnění, včetně onemocnění nervové a svalové systémy a onemocnění jater a srdce.
Encyclopædia Britannica, Inc.
kryokonzervace se také používá k zmrazení a ukládání lidských embryí a spermií. Je zvláště cenný pro zmrazení dalších embryí, které jsou generovány oplodněním in vitro (IVF). Pár se může rozhodnout použít cyroprezervovaná embrya pro pozdější těhotenství nebo v případě, že IVF selže s čerstvými embryi. V procesu zmrazeného přenosu embryí se embrya rozmrazí a implantují do dělohy ženy. Zmrazený přenos embryí je spojen s malým, ale významným zvýšením rizika dětské rakoviny u dětí narozených z těchto embryí.
Hluboká hypotermie, forma mírné kryokonzervace používaná u lidských pacientů, má významné aplikace. Běžné použití indukce hluboké hypotermie je pro komplexní kardiovaskulární chirurgické zákroky. Poté, co byl pacient umístěn na kompletní kardiopulmonální bypass, pomocí stroje srdce a plic, krev prochází chladicí komorou. Řízené chlazení pacienta může dosáhnout extrémně nízkých teplot kolem 10-14 °C (50-57 °F). Toto množství chlazení účinně zastavuje veškerou mozkovou aktivitu a poskytuje ochranu všem životně důležitým orgánům. Při této extrémní chlazení bylo dosaženo, srdce-stroj plíce může být zastaven, a chirurg může napravit velmi složité aortální a srdeční vady, při zástavě oběhu. Během této doby v pacientovi cirkuluje žádná krev. Po dokončení operace se krev postupně zahřívá ve stejném výměníku tepla, který se používá k chlazení. Postupné zahřívání zpět na normální tělesné teploty vede k obnovení normálních funkcí mozku a orgánů. Tato hluboká hypotermie je však daleko od zmrazení a dlouhodobé kryokonzervace.
buňky mohou žít více než deset let, pokud jsou řádně zmrazeny. Kromě toho mohou být některé tkáně, jako jsou příštítné žlázy, žíly, srdeční chlopně a aortální tkáň, úspěšně kryokonzervovány. Zmrazení se také používá k ukládání a udržení dlouhodobé životaschopnosti raných lidských embryí, vajíček (vajec) a spermií. Postupy zmrazování používané pro tyto tkáně jsou dobře zavedeny a v přítomnosti kryoprotektivních činidel mohou být tkáně skladovány po dlouhou dobu při teplotách -14 °C (6,8 °F).
výzkum ukázal, že celá zvířata zmrazená v nepřítomnosti kryoprotektivních činidel mohou po rozmrazení poskytnout životaschopné buňky obsahující intaktní DNA. Například jádra mozkových buněk z celých myší uložených při -20 °C (-4 °F) po dobu delší než 15 let byla použita k vytvoření linií embryonálních kmenových buněk. Tyto buňky byly následně použity k produkci myších klonů.