Cryopreservation

Cryopreservation, the preservation of cells and tissue by freezing.

Lees meer over dit onderwerp

Sir Ian Wilmut: Wilmut groeide op in Coventry, een stad in het historische Engelse graafschap Warwickshire, en studeerde aan het Agricultural College aan de Universiteit…

Cryopreservation is gebaseerd op de capaciteit van bepaalde kleine molecules om cellen in te gaan en uitdroging en vorming van intracellular ijskristallen te verhinderen, die celdood en vernietiging van celorganellen tijdens het het bevriezen proces kunnen veroorzaken. Twee gemeenschappelijke cryoprotectieve agenten zijn dimethylsulfoxide (DMSO) en glycerol. Glycerol wordt gebruikt hoofdzakelijk voor cryoprotection van rode bloedcellen, en DMSO wordt gebruikt voor bescherming van de meeste andere cellen en weefsels. Een suiker genaamd trehalose, die voorkomt in organismen die in staat zijn om extreme uitdroging te overleven, wordt gebruikt voor vriesdrogen methoden van cryopreservatie. Trehalose stabiliseert celmembranen, en het is bijzonder nuttig voor het behoud van sperma, stamcellen, en bloedcellen.

de meeste systemen voor cellulaire cryopreservatie maken gebruik van een vriezer met gecontroleerde snelheid. Dit vriessysteem levert vloeibare stikstof in een gesloten kamer waarin de celsuspensie wordt geplaatst. Zorgvuldige controle van de mate van bevriezing helpt om snelle cellulaire uitdroging en ijs-kristalvorming te voorkomen. In het algemeen, worden de cellen genomen van kamertemperatuur aan ongeveer -90 °C (-130 °F) in een gecontroleerde-tariefdiepvriezer. De bevroren celsuspensie wordt vervolgens overgebracht naar een diepvriezer met vloeibare stikstof die op extreem koude temperaturen wordt gehouden met stikstof in de damp-of de vloeibare fase. Cryopreservatie op basis van vriesdrogen vereist geen gebruik van vloeibare stikstof vriezers.

een belangrijke toepassing van cryopreservatie is het invriezen en opslaan van hematopoëtische stamcellen, die worden aangetroffen in het beenmerg en het perifere bloed. In autologe beenmergredding worden hematopoëtische stamcellen verzameld uit het beenmerg van een patiënt voorafgaand aan de behandeling met hooggedoseerde chemotherapie. Na de behandeling worden de cryopreserveerde cellen van de patiënt ontdooid en terug in het lichaam geïnfundeerd. Deze procedure is noodzakelijk, omdat hooggedoseerde chemotherapie extreem toxisch is voor het beenmerg. De capaciteit om hematopoietic stamcellen te cryopreserveren heeft het resultaat voor de behandeling van bepaalde lymfomen en stevige tumormalignancies sterk verbeterd. In het geval van patiënten met leukemie, zijn hun bloedcellen kanker en kunnen niet worden gebruikt voor autologe beenmergredding. Dientengevolge, baseren deze patiënten zich op cryopreserveerd bloed dat van de navelstreng van pasgeborenen wordt verzameld of op cryopreserveerd hematopoietic stamcellen die van donoren worden verkregen. Sinds de late jaren 1990 is het erkend dat hematopoietic stamcellen en mesenchymal stamcellen (afgeleid van embryonaal bindweefsel) kunnen differentiëren in skeletachtige en hartspierweefsels, zenuwweefsel, en bot. Vandaag is er intense interesse in de groei van deze cellen in weefselcultuursystemen, evenals in de cryopreservatie van deze cellen voor toekomstige therapie voor een breed scala aan aandoeningen, waaronder aandoeningen van het zenuwstelsel en spiersystemen en ziekten van de lever en het hart.

cryopreservatie wordt ook gebruikt voor het invriezen en opslaan van menselijke embryo ‘ s en sperma. Het is vooral waardevol voor het invriezen van extra embryo ‘ s die worden gegenereerd door in-vitrofertilisatie (IVF). Een echtpaar kan ervoor kiezen om cyropreserved embryo ’s te gebruiken voor latere zwangerschappen of in het geval dat IVF faalt met verse embryo’ s. In het proces van bevroren embryo-overdracht, worden de embryo ‘ s ontdooid en geïmplanteerd in de baarmoeder van de vrouw. De overdracht van bevroren embryo ’s wordt geassocieerd met een kleine maar significante verhoging van het risico van kinderkanker bij kinderen geboren uit dergelijke embryo’ s.Diepe onderkoeling, een vorm van milde cryopreservatie die wordt gebruikt bij patiënten bij de mens, heeft significante toepassingen. Een gemeenschappelijk gebruik van inductie van diepe onderkoeling is voor complexe cardiovasculaire chirurgische procedures. Nadat de patiënt op een volledige cardiopulmonale bypass is geplaatst, met behulp van een hart-longmachine, gaat het bloed door een koelkamer. Gecontroleerde koeling van de patiënt kan extreem lage temperaturen van rond 10-14 °C (50-57 °F) bereiken. Deze hoeveelheid koeling stopt effectief alle cerebrale activiteit en biedt bescherming voor alle vitale organen. Wanneer deze extreme koeling is bereikt, kan de hart-longmachine worden gestopt en kan de chirurg zeer complexe aorta-en hartafwijkingen corrigeren tijdens een hartstilstand. Gedurende deze tijd circuleert er geen bloed in de patiënt. Nadat de operatie is voltooid, wordt het bloed geleidelijk opgewarmd in dezelfde warmtewisselaar die wordt gebruikt voor koeling. Geleidelijke opwarming van de lichaamstemperatuur resulteert in een hervatting van de normale hersenen en orgaanfuncties. Deze diepe onderkoeling is echter ver verwijderd van bevriezing en langdurige cryopreservatie.

cellen kunnen meer dan tien jaar leven als ze goed worden ingevroren. Bovendien kunnen bepaalde weefsels, zoals bijschildklieren, aderen, hartkleppen en aortaweefsel, met succes worden cryopreserved. Het bevriezen wordt ook gebruikt om op lange termijn levensvatbaarheid van vroege menselijke embryo ‘ s, eicellen (eieren), en sperma op te slaan en te handhaven. De bevriezingsprocedures die voor deze weefsels worden gebruikt zijn goed gevestigd, en, in aanwezigheid van cryoprotective agenten, kunnen de weefsels over lange perioden bij temperaturen van -14 °C (6.8 °F) worden opgeslagen.

uit onderzoek is gebleken dat hele dieren die zonder cryoprotectieve middelen zijn ingevroren, bij het ontdooien levensvatbare cellen met intact DNA kunnen opleveren. Bijvoorbeeld, zijn de kernen van hersenencellen van gehele muizen die bij -20 °C (-4 °F) meer dan 15 jaar worden opgeslagen gebruikt om lijnen van embryonale stamcellen te produceren. Deze cellen werden later gebruikt om muiskloonen te produceren.