Kryopreservering
Kryopreservering, bevaring av celler og vev ved frysing.
Schering AG / Getty Images
© American Chemical Society (En Britannica Publishing Partner)Se alle videoer for denne artikkelen
Kryopreservering er basert på evnen til visse små molekyler til å komme inn i celler og forhindre dehydrering og dannelse av intracellulære iskrystaller, noe som kan forårsake celledød og ødeleggelse av celleorganeller under fryseprosessen. To vanlige kryobeskyttende midler er dimetylsulfoksid (DMSO) og glyserol. Glyserol brukes primært til kryobeskyttelse av røde blodlegemer, OG DMSO brukes til beskyttelse av de fleste andre celler og vev. Et sukker som kalles trehalose, som forekommer i organismer som er i stand til å overleve ekstrem dehydrering, brukes til frysetørkingsmetoder for kryopreservering. Trehalose stabiliserer cellemembraner, og det er spesielt nyttig for bevaring av sæd, stamceller og blodceller.
De fleste systemer for cellulær kryopreservering bruker en kontrollert fryser. Dette frysesystemet leverer flytende nitrogen inn i et lukket kammer der cellesuspensjonen er plassert. Nøye overvåking av frysehastigheten bidrar til å forhindre rask cellulær dehydrering og iskrystalldannelse. Generelt blir cellene tatt fra romtemperatur til omtrent -90 °C (-130 °F) i en fryser med kontrollert hastighet. Den frosne cellesuspensjonen overføres deretter til en flytende-nitrogen fryser opprettholdt ved ekstremt kalde temperaturer med nitrogen i enten damp eller væskefase. Kryopreservering basert på frysetørking krever ikke bruk av flytende nitrogenfrysere.
en viktig anvendelse av kryopreservering er i frysing og lagring av hematopoietiske stamceller, som finnes i beinmarg og perifert blod. Ved autolog benmargsredning samles hematopoietiske stamceller fra pasientens benmarg før behandling med høydose kjemoterapi. Etter behandling tines pasientens kryopreserverte celler og infunderes tilbake i kroppen. Denne prosedyren er nødvendig, siden høydose kjemoterapi er ekstremt giftig for beinmarg. Evnen til å kryopreservere hematopoetiske stamceller har i stor grad forbedret utfallet for behandling av visse lymfomer og maligniteter i solide tumorer. I tilfelle av pasienter med leukemi, deres blodceller er kreft og kan ikke brukes for autolog benmarg redning. Som et resultat er disse pasientene avhengige av kryopreservert blod samlet fra navlestrengene til nyfødte spedbarn eller på kryopreserverte hematopoietiske stamceller hentet fra donorer. Siden slutten av 1990-tallet har det blitt anerkjent at hematopoietiske stamceller og mesenkymale stamceller (avledet fra embryonalt bindevev) er i stand til å differensiere i skjelett-og hjertemuskulaturvev, nervevev og bein. I dag er det stor interesse for veksten av disse cellene i vevskultursystemer, samt i kryopreservering av disse cellene for fremtidig terapi for et bredt spekter av lidelser, inkludert forstyrrelser i nervesystemet og muskelsystemet og sykdommer i lever og hjerte.
Encyclopediaæ Britannica, Inc.
Kryopreservering brukes også til å fryse og lagre menneskelige embryoer og sædceller. Det er spesielt verdifullt for frysing av ekstra embryoer som genereres ved in vitro befruktning (IVF). Et par kan velge å bruke cyrokonserverte embryoer for senere svangerskap eller I TILFELLE AT IVF mislykkes med friske embryoer. I prosessen med frossen embryooverføring blir embryoene tint og implantert i kvinnens livmor. Frossen embryooverføring er forbundet med en liten, men signifikant økning i risikoen for barndomskreft blant barn født av slike embryoer.
Dyp hypotermi, En form for mild kryopreservering brukt hos mennesker, har betydelige anvendelser. En vanlig bruk av induksjon av dyp hypotermi er for komplekse kardiovaskulære kirurgiske prosedyrer. Etter at pasienten har blitt plassert på fullstendig kardiopulmonal bypass, ved hjelp av en hjerte-lungemaskin, passerer blodet gjennom et kjølekammer. Kontrollert avkjøling av pasienten kan nå ekstremt lave temperaturer på rundt 10-14 °C (50-57 °F). Denne mengden kjøling stopper effektivt all cerebral aktivitet og gir beskyttelse for alle vitale organer. Når denne ekstreme kjølingen er oppnådd, kan hjerte-lungemaskinen stoppes, og kirurgen kan korrigere svært komplekse aorta-og hjertefeil under sirkulasjonsstans. I løpet av denne tiden sirkulerer ikke blod i pasienten. Etter at operasjonen er fullført, blir blodet gradvis oppvarmet i samme varmeveksler som brukes til kjøling. Gradvis oppvarming tilbake til normal kroppstemperatur resulterer i gjenopptakelse av normale hjerne-og organfunksjoner. Denne dype hypotermien er imidlertid langt fjernet fra frysing og langsiktig kryopreservering.
Celler kan leve mer enn et tiår hvis de er riktig frosset. I tillegg kan visse vev, som parathyroidkjertler, vener, hjerteventiler og aortavev, vellykkes kryopreserveres. Frysing brukes også til å lagre og opprettholde langsiktig levedyktighet av tidlige menneskelige embryoer, egg (egg) og sædceller. Fryseprosedyrene som brukes for disse vevene er godt etablert, og i nærvær av kryobeskyttende midler kan vevet lagres over lange perioder ved temperaturer på -14 °C (6,8 °F).
Forskning har vist at hele dyr frosset i fravær av kryobeskyttende midler kan gi levedyktige celler som inneholder intakt DNA ved tining. For eksempel har kjerner av hjerneceller fra hele mus lagret ved -20 °C (-4 °F) i mer enn 15 år blitt brukt til å generere linjer med embryonale stamceller. Disse cellene ble senere brukt til å produsere musekloner.