kryopræservering

kryopræservering, konservering af celler og væv ved frysning.

Læs mere om dette emne

Sir Ian: Uddannelse og cryopreservation forskning

han blev opvokset i Coventry, en by i det historiske engelske amt…

kryopræservering er baseret på visse små molekylers evne til at komme ind i celler og forhindre dehydrering og dannelse af intracellulære iskrystaller, hvilket kan forårsage celledød og ødelæggelse af celleorganeller under fryseprocessen. To almindelige kryobeskyttende midler er dimethylsulfoksid (DMSO) og glycerol. Glycerol bruges primært til kryobeskyttelse af røde blodlegemer, og DMSO bruges til beskyttelse af de fleste andre celler og væv. Et sukker kaldet trehalose, som forekommer i organismer, der er i stand til at overleve ekstrem dehydrering, anvendes til frysetørringsmetoder til kryopræservering. Trehalose stabiliserer cellemembraner, og det er især nyttigt til konservering af sædceller, stamceller og blodlegemer.

de fleste systemer til cellulær kryopræservering bruger en fryser med kontrolleret hastighed. Dette frysesystem leverer flydende nitrogen i et lukket kammer, hvori cellesuspensionen placeres. Omhyggelig overvågning af frysehastigheden hjælper med at forhindre hurtig cellulær dehydrering og iskrystaldannelse. Generelt tages cellerne fra stuetemperatur til ca.-90 liter C (-130 liter F) i en fryser med kontrolleret hastighed. Den frosne cellesuspension overføres derefter til en fryser med flydende nitrogen, der holdes ved ekstremt kolde temperaturer med nitrogen i enten dampen eller væskefasen. Kryopræservering baseret på frysetørring kræver ikke brug af flydende nitrogenfrysere.

en vigtig anvendelse af kryopræservering er ved frysning og opbevaring af hæmatopoietiske stamceller, som findes i knoglemarv og perifert blod. Ved autolog knoglemarvsredning opsamles hæmatopoietiske stamceller fra en patients knoglemarv inden behandling med højdosis kemoterapi. Efter behandling optøes patientens kryokonserverede celler og infunderes tilbage i kroppen. Denne procedure er nødvendig, da højdosis kemoterapi er ekstremt giftig for knoglemarven. Evnen til at kryopreserve hæmatopoietiske stamceller har i høj grad forbedret resultatet til behandling af visse lymfomer og solide tumor maligniteter. I tilfælde af patienter med leukæmi er deres blodlegemer kræftformede og kan ikke bruges til autolog knoglemarvredning. Som et resultat er disse patienter afhængige af kryokonserveret blod opsamlet fra navlestrengen hos nyfødte spædbørn eller på kryokonserverede hæmatopoietiske stamceller opnået fra donorer. Siden slutningen af 1990 ‘ erne er det blevet anerkendt, at hæmatopoietiske stamceller og mesenkymale stamceller (afledt af embryonalt bindevæv) er i stand til at differentiere sig i skelet-og hjertemuskelvæv, nervevæv og knogler. I dag er der stor interesse for væksten af disse celler i vævskultursystemer såvel som i kryopræserveringen af disse celler til fremtidig terapi for en lang række lidelser, herunder lidelser i nervesystemet og muskelsystemet og sygdomme i lever og hjerte.

kryopræservering bruges også til at fryse og opbevare menneskelige embryoner og sædceller. Det er især værdifuldt til frysning af ekstra embryoner, der genereres ved in vitro-befrugtning (IVF). Et par kan vælge at bruge cyropreserverede embryoner til senere graviditeter eller i tilfælde af, at IVF mislykkes med friske embryoner. I processen med frossen embryooverførsel optøes embryonerne og implanteres i kvindens livmoder. Frosset embryooverførsel er forbundet med en lille, men signifikant stigning i risikoen for børnekræft blandt børn født af sådanne embryoner.

Dyb hypotermi, en form for mild kryokonservering, der anvendes til humane patienter, har betydelige anvendelser. En almindelig anvendelse af induktion af dyb hypotermi er til komplekse kardiovaskulære kirurgiske procedurer. Efter at patienten er blevet anbragt på fuldstændig kardiopulmonal bypass, passerer blodet gennem et kølekammer ved hjælp af en hjerte-lungemaskine. Kontrolleret afkøling af patienten kan nå ekstremt lave temperaturer på omkring 10-14 liter C (50-57 liter F). Denne mængde afkøling stopper effektivt al cerebral aktivitet og giver beskyttelse for alle vitale organer. Når denne ekstreme afkøling er opnået, kan hjerte-lungemaskinen stoppes, og kirurgen kan korrigere meget komplekse aorta-og hjertefejl under cirkulationsstop. I løbet af denne tid cirkulerer der ikke noget blod i patienten. Efter at operationen er afsluttet, opvarmes blodet gradvist i den samme varmeveksler, der anvendes til afkøling. Gradvis opvarmning tilbage til normale kropstemperaturer resulterer i genoptagelse af normale hjerne-og organfunktioner. Denne dybe hypotermi er imidlertid langt væk fra frysning og langvarig kryopræservering.

celler kan leve mere end et årti, hvis de er korrekt frosne. Derudover kan visse væv, såsom parathyroidkirtler, vener, hjerteventiler og aortavæv, med succes kryokonserveres. Frysning bruges også til at opbevare og opretholde langsigtet levedygtighed af tidlige humane embryoner, æg (æg) og sædceller. De fryseprocedurer, der anvendes til disse væv, er veletablerede, og i nærvær af kryobeskyttende midler kan vævene opbevares over lange perioder ved temperaturer på -14 liter C (6,8 liter F).

forskning har vist, at hele dyr frosset i fravær af kryobeskyttende midler kan give levedygtige celler indeholdende intakt DNA ved optøning. For eksempel er kerner af hjerneceller fra hele mus, der er lagret ved -20 liter C (-4 liter F) i mere end 15 år, blevet brugt til at generere linjer af embryonale stamceller. Disse celler blev efterfølgende brugt til at producere musekloner.