kriokonserwacja
kriokonserwacja, zachowanie komórek i tkanek przez zamrażanie.
Schering AG/
© American Chemical Society (a Britannica Publishing Partner)Zobacz wszystkie filmy tego artykułu
kriokonserwacja opiera się na zdolności pewnych małych cząsteczek do wnikania do komórek i zapobiegania odwodnieniu i tworzeniu wewnątrzkomórkowych kryształków lodu, które mogą powodować śmierć komórek i zniszczenie organelli komórkowych podczas procesu zamrażania. Dwa powszechne środki krioprotekcyjne to dimetylosulfotlenek (DMSO) i glicerol. Glicerol jest stosowany głównie do krioprotekcji czerwonych krwinek, a DMSO jest stosowany do ochrony większości innych komórek i tkanek. Cukier zwany trehalozą, który występuje u organizmów zdolnych do przetrwania skrajnego odwodnienia, jest używany do liofilizacji metod kriokonserwacji. Trehaloza stabilizuje błony komórkowe i jest szczególnie przydatna do konserwacji plemników, komórek macierzystych i komórek krwi.
większość systemów kriokonserwacji komórkowej wykorzystuje zamrażarkę o kontrolowanej szybkości. Ten system zamrażania dostarcza ciekły azot do zamkniętej komory, do której umieszcza się zawiesinę komórek. Dokładne monitorowanie szybkości zamrażania pomaga zapobiegać szybkiemu odwodnieniu komórek i tworzeniu się kryształów lodu. Ogólnie rzecz biorąc, komórki pobiera się z temperatury pokojowej do około -90 °C (-130 °F) w zamrażarce z kontrolowaną szybkością. Zamrożona zawiesina komórek jest następnie przenoszona do zamrażarki z ciekłym azotem utrzymywanej w ekstremalnie niskich temperaturach z azotem w fazie parowej lub ciekłej. Kriokonserwacja polegająca na liofilizacji nie wymaga stosowania zamrażarek z ciekłym azotem.
ważnym zastosowaniem kriokonserwacji jest zamrażanie i przechowywanie krwiotwórczych komórek macierzystych, które znajdują się w szpiku kostnym i krwi obwodowej. W autologicznym ratowaniu szpiku kostnego, hematopoetyczne komórki macierzyste są pobierane ze szpiku kostnego pacjenta przed leczeniem chemioterapią w wysokich dawkach. Po leczeniu komórki krioprezerwowane pacjenta są rozmrażane i podawane z powrotem do organizmu. Procedura ta jest konieczna, ponieważ chemioterapia wysokodawkowa jest niezwykle toksyczna dla szpiku kostnego. Zdolność do krioprezerwacji hematopoetycznych komórek macierzystych znacznie poprawiła wyniki leczenia niektórych chłoniaków i nowotworów złośliwych guza litego. W przypadku pacjentów z białaczką, ich komórki krwi są nowotworowe i nie mogą być stosowane do autologicznego ratowania szpiku kostnego. W rezultacie pacjenci ci polegają na krioprezerwowanej krwi pobranej z pępowiny noworodków lub na krioprezerwowanych hematopoetycznych komórkach macierzystych uzyskanych od dawców. Od końca 1990 roku uznano, że hematopoetyczne komórki macierzyste i mezenchymalne komórki macierzyste (pochodzące z zarodkowej tkanki łącznej) są zdolne do różnicowania się w tkanki mięśni szkieletowych i sercowych, tkankę nerwową i kość. Obecnie istnieje duże zainteresowanie rozwojem tych komórek w systemach hodowli tkankowej, a także kriokonserwacją tych komórek w celu przyszłej terapii wielu różnych zaburzeń, w tym zaburzeń układu nerwowego i mięśniowego oraz chorób wątroby i serca.
Encyclopædia Britannica, Inc.
kriokonserwacja służy również do zamrażania i przechowywania ludzkich zarodków i nasienia. Jest to szczególnie cenne w przypadku zamrażania dodatkowych zarodków, które są generowane przez zapłodnienie in vitro (IVF). Para może zdecydować się na wykorzystanie zarodków cyropreserved dla późniejszych ciąż lub w przypadku, gdy zapłodnienie in vitro nie powiedzie się ze świeżymi zarodkami. W procesie zamrożonego transferu zarodków zarodki są rozmrażane i wszczepiane do macicy kobiety. Transfer zamrożonych zarodków wiąże się z niewielkim, ale znaczącym wzrostem ryzyka zachorowania na raka u dzieci urodzonych z takich zarodków.
głęboka hipotermia, forma łagodnej kriokonserwacji stosowanej u ludzi, ma znaczące zastosowania. Powszechnym zastosowaniem indukcji głębokiej hipotermii jest skomplikowane zabiegi chirurgiczne układu sercowo-naczyniowego. Po tym, jak pacjent został umieszczony na całkowitym obejściu krążeniowo-płucnym, za pomocą maszyny sercowo-płucnej, krew przechodzi przez komorę chłodzenia. Kontrolowane chłodzenie pacjenta może osiągnąć ekstremalnie niskie temperatury około 10-14 °c (50-57 °F). Ta ilość chłodzenia skutecznie zatrzymuje całą aktywność mózgową i zapewnia ochronę wszystkich ważnych narządów. Po osiągnięciu tego ekstremalnego chłodzenia można zatrzymać maszynę serce-płuco, a chirurg może skorygować bardzo złożone wady aorty i serca podczas zatrzymania krążenia. W tym czasie w obrębie pacjenta nie krąży krew. Po zakończeniu operacji krew jest stopniowo podgrzewana w tym samym wymienniku ciepła używanym do chłodzenia. Stopniowe ocieplenie z powrotem do normalnej temperatury ciała powoduje wznowienie prawidłowych funkcji mózgu i narządów. Ta głęboka hipotermia jest jednak daleka od zamrażania i długotrwałej kriokonserwacji.
komórki mogą żyć dłużej niż dekadę, jeśli zostaną odpowiednio zamrożone. Ponadto, niektóre tkanki, takie jak przytarczyc, żyły, zastawki serca i tkanki aorty, mogą być skutecznie krioprezerwowane. Zamrażanie jest również wykorzystywane do przechowywania i utrzymania długoterminowej żywotności wczesnych ludzkich zarodków, komórek jajowych (jaj) i plemników. Procedury zamrażania stosowane w tych tkankach są dobrze znane, a w obecności środków krioprotekcyjnych tkanki mogą być przechowywane przez długi czas w temperaturze -14 °C (6,8 °F).
badania wykazały, że całe zwierzęta zamrożone pod nieobecność środków krioprotekcyjnych mogą po rozmrożeniu uzyskać żywotne komórki zawierające nienaruszone DNA. Na przykład jądra komórek mózgowych całych myszy przechowywane w temperaturze -20 ° C (-4 °F) przez ponad 15 lat były używane do generowania linii embrionalnych komórek macierzystych. Komórki te były następnie wykorzystywane do produkcji klonów myszy.