Crioconservazione
Crioconservazione, conservazione di cellule e tessuti mediante congelamento.
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Crioconservazione è basata sulla capacità di alcune piccole molecole di entrare nelle cellule e prevenire la disidratazione e la formazione di cristalli di ghiaccio intracellulari, che può causare la morte delle cellule e la distruzione di organelli cellulari durante il processo di congelamento. Due agenti crioprotettivi comuni sono dimetilsolfossido (DMSO) e glicerolo. Il glicerolo viene utilizzato principalmente per la crioprotezione dei globuli rossi e il DMSO viene utilizzato per la protezione della maggior parte delle altre cellule e tessuti. Uno zucchero chiamato trealosio, che si verifica in organismi in grado di sopravvivere a disidratazione estrema, viene utilizzato per i metodi di liofilizzazione di crioconservazione. Il trealosio stabilizza le membrane cellulari ed è particolarmente utile per la conservazione dello sperma, delle cellule staminali e delle cellule del sangue.
La maggior parte dei sistemi di crioconservazione cellulare utilizza un congelatore a velocità controllata. Questo sistema di congelamento eroga azoto liquido in una camera chiusa in cui è posizionata la sospensione cellulare. Un attento monitoraggio del tasso di congelamento aiuta a prevenire la rapida disidratazione cellulare e la formazione di cristalli di ghiaccio. In generale, le celle vengono prelevate dalla temperatura ambiente a circa -90 °C (-130 ° F) in un congelatore a velocità controllata. La sospensione cellulare congelata viene quindi trasferita in un congelatore ad azoto liquido mantenuto a temperature estremamente fredde con azoto sia in fase di vapore che in fase liquida. La crioconservazione basata sulla liofilizzazione non richiede l’uso di congelatori ad azoto liquido.
Un’importante applicazione della crioconservazione è nel congelamento e nello stoccaggio delle cellule staminali ematopoietiche, che si trovano nel midollo osseo e nel sangue periferico. Nel salvataggio autologo del midollo osseo, le cellule staminali ematopoietiche vengono raccolte dal midollo osseo di un paziente prima del trattamento con chemioterapia ad alte dosi. Dopo il trattamento, le cellule crioconservate del paziente vengono scongelate e infuse nuovamente nel corpo. Questa procedura è necessaria, poiché la chemioterapia ad alte dosi è estremamente tossica per il midollo osseo. La capacità di crioconservare le cellule staminali ematopoietiche ha notevolmente migliorato il risultato per il trattamento di alcuni linfomi e tumori maligni solidi. Nel caso di pazienti con leucemia, le loro cellule del sangue sono cancerose e non possono essere utilizzate per il salvataggio autologo del midollo osseo. Di conseguenza, questi pazienti si basano su sangue crioconservato raccolto dai cordoni ombelicali dei neonati o su cellule staminali ematopoietiche crioconservate ottenute da donatori. Dalla fine degli anni 1990 è stato riconosciuto che le cellule staminali ematopoietiche e le cellule staminali mesenchimali (derivate dal tessuto connettivo embrionale) sono in grado di differenziarsi in tessuti muscolari scheletrici e cardiaci, tessuto nervoso e osso. Oggi c’è un intenso interesse per la crescita di queste cellule nei sistemi di coltura tissutale, così come nella crioconservazione di queste cellule per la terapia futura per un’ampia varietà di disturbi, compresi i disturbi del sistema nervoso e muscolare e le malattie del fegato e del cuore.
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La crioconservazione viene utilizzata anche per congelare e conservare embrioni e spermatozoi umani. È particolarmente prezioso per il congelamento di embrioni extra generati dalla fecondazione in vitro (IVF). Una coppia può scegliere di utilizzare embrioni cyropreserved per gravidanze successive o nel caso in cui la fecondazione in vitro non riesce con embrioni freschi. Nel processo di trasferimento di embrioni congelati, gli embrioni vengono scongelati e impiantati nell’utero della donna. Il trasferimento di embrioni congelati è associato a un piccolo ma significativo aumento del rischio di cancro infantile tra i bambini nati da tali embrioni.
L’ipotermia profonda, una forma di crioconservazione lieve utilizzata nei pazienti umani, ha applicazioni significative. Un uso comune di induzione di ipotermia profonda è per complesse procedure chirurgiche cardiovascolari. Dopo che il paziente è stato posto su un bypass cardiopolmonare completo, utilizzando una macchina cuore-polmone, il sangue passa attraverso una camera di raffreddamento. Il raffreddamento controllato del paziente può raggiungere temperature estremamente basse di circa 10-14 ° C (50-57 °F). Questa quantità di raffreddamento interrompe efficacemente tutta l’attività cerebrale e fornisce protezione per tutti gli organi vitali. Quando questo raffreddamento estremo è stato raggiunto, la macchina cuore-polmone può essere fermata e il chirurgo può correggere difetti aortici e cardiaci molto complessi durante l’arresto circolatorio. Durante questo periodo, nessun sangue circola all’interno del paziente. Dopo che l’intervento è stato completato, il sangue viene gradualmente riscaldato nello stesso scambiatore di calore utilizzato per il raffreddamento. Il riscaldamento graduale torna alle normali temperature corporee provoca la ripresa delle normali funzioni cerebrali e degli organi. Questa profonda ipotermia, tuttavia, è lontana dal congelamento e dalla crioconservazione a lungo termine.
Le cellule possono vivere più di un decennio se correttamente congelate. Inoltre, alcuni tessuti, come le ghiandole paratiroidi, le vene, le valvole cardiache e il tessuto aortico, possono essere crioconservati con successo. Il congelamento inoltre è usato per immagazzinare e mantenere la vitalità a lungo termine degli embrioni umani in anticipo, degli ovuli (uova) e dello sperma. Le procedure di congelamento utilizzate per questi tessuti sono ben consolidate e, in presenza di agenti crioprotettivi, i tessuti possono essere conservati per lunghi periodi di tempo a temperature di -14 °C (6,8 °F).
La ricerca ha dimostrato che animali interi congelati in assenza di agenti crioprotettivi possono produrre cellule vitali contenenti DNA intatto dopo lo scongelamento. Ad esempio, nuclei di cellule cerebrali di topi interi conservati a -20 °C (-4 °F) per più di 15 anni sono stati utilizzati per generare linee di cellule staminali embrionali. Queste cellule sono state successivamente utilizzate per produrre cloni di topo.