Kriokonzervacija, ohranjanje celic in tkiva z zamrzovanjem.
Sir Ian Wilmut: Izobraževanje in raziskave krio konzervacije
Wilmut je odraščal v Coventryju, mestu v zgodovinskem angleškem okraju Warwickshire, in obiskoval univerzo v kmetijstvu
Kriokonzervacija temelji na sposobnosti nekaterih majhnih molekul, da vstopijo v celice in preprečijo dehidracijo in nastajanje medceličnih kristalov ledu, kar lahko povzroči celično smrt in uničenje organelov celic med postopkom zamrzovanja. Dva pogosta krioprotektivna sredstva sta dimetil sulfoksid (DMSO) in glicerol. Glicerol se uporablja predvsem za krioprotekcijo rdečih krvnih celic, DMSO pa za zaščito večine drugih celic in tkiv. Za metode zamrzovanja sušenja krio konzerviranja se uporablja sladkor, imenovan trehaloza, ki se pojavlja v organizmih, ki so sposobni preživeti izjemno dehidracijo. Trehaloza stabilizira celične membrane, še posebej pa je uporabna za ohranjanje sperme, matičnih celic in krvnih celic.
Večina sistemov kriokonzervacije v celicah uporablja zamrzovalnik z nadzorovano hitrostjo. Ta zamrzovalni sistem dovaja tekoči dušik v zaprto komoro, v katero je nameščena celična suspenzija. Previdno spremljanje hitrosti zamrzovanja pomaga preprečiti hitro celično dehidracijo in nastanek ledenih kristalov. Na splošno se celice odvzamejo od sobne temperature do približno -90 ° C (−130 ° F) v zamrzovalniku z nadzorovano hitrostjo. Suspenzija zamrznjenih celic se nato prenese v zamrzovalnik s tekočim dušikom, ki se vzdržuje pri ekstremno hladnih temperaturah z dušikom bodisi v parni bodisi v tekoči fazi. Kriokonzervacija, ki temelji na sušenju z zamrzovanjem, ne zahteva uporabe zamrzovalnikov tekočega dušika.
Pomembna uporaba krio konzervacije je pri zamrzovanju in shranjevanju hematopoetskih matičnih celic, ki jih najdemo v kostnem mozgu in periferni krvi. Pri avtolognem reševanju kostnega mozga se hematopoetske matične celice odvzamejo iz pacientovega kostnega mozga pred zdravljenjem z visoko odmerno kemoterapijo. Po zdravljenju se pacientove krio-konzervirane celice odmrznejo in vlijejo nazaj v telo. Ta postopek je nujen, saj je visokoodmerna kemoterapija izjemno strupena za kostni mozeg. Sposobnost krioprezervacije hematopoetskih matičnih celic je močno izboljšala rezultat zdravljenja nekaterih limfomov in trdnih tumorskih malignosti. V primeru bolnikov z levkemijo so njihove krvne celice rakave in jih ni mogoče uporabiti za avtologno reševanje kostnega mozga. Posledično se ti bolniki zanašajo na kriokonzervirano kri, zbrano iz popkovnic novorojenčkov, ali na krio konzervirane hematopoetske matične celice, pridobljene od darovalcev. Od poznih devetdesetih let prejšnjega stoletja je bilo ugotovljeno, da se hematopoetske matične celice in mezenhimske matične celice (ki izhajajo iz embrionalnega vezivnega tkiva) lahko razlikujejo v skeletna in srčna mišična tkiva, živčno tkivo in kosti. Danes je intenzivno zanimanje za rast teh celic v sistemih tkivne kulture, pa tudi za krioprezervacijo teh celic za prihodnjo terapijo za najrazličnejše motnje, vključno z motnjami živčnega in mišičnega sistema ter boleznimi jeter in srca.
Krioprezervacija se uporablja tudi za zamrzovanje in shranjevanje človeških zarodkov in semenčic. Posebej je dragocen zaradi zamrzovanja dodatnih zarodkov, ki nastanejo z in vitro oploditvijo (IVF). Par se lahko odloči, da bo zarodke, ki živijo v virih, uporabljen za kasnejše nosečnosti ali če IVF ne uspe s svežimi zarodki. V procesu zamrznjenega prenosa zarodkov se zarodki odmrznejo in vsadijo v maternico ženske. Prenos zamrznjenih zarodkov je povezan z majhnim, vendar znatno povečanim tveganjem za otroški rak pri otrocih, rojenih iz takšnih zarodkov.
Globoka hipotermija, oblika blage kriokonzervacije, ki se uporablja pri človeških bolnikih, ima pomembne namene. Pogosta uporaba indukcije globoke hipotermije je za zapletene kardiovaskularne kirurške posege. Po namestitvi pacienta na popolno kardiopulmonalno obvodnico s pomočjo srčno-pljučnega aparata kri preide skozi hladilno komoro. Nadzorovano hlajenje pacienta lahko doseže izredno nizke temperature okoli 10–14 ° C (50–57 ° F). Ta količina hlajenja učinkovito ustavi vse možganske aktivnosti in nudi zaščito vsem vitalnim organom. Ko je doseženo to ekstremno hlajenje, se lahko ustavi stroj s srčnimi pljuči in kirurg lahko med začasnim zastojem popravi zelo zapletene okvare aorte in srca. V tem času v bolniku ne kroži nobena kri. Po končani operaciji se kri postopoma segreva v istem toplotnem izmenjevalniku, ki se uporablja za hlajenje. Postopno segrevanje nazaj do normalne telesne temperature povzroči ponovno vzpostavitev normalnih funkcij možganov in organov. Ta globoka hipotermija pa je daleč od zamrznitve in dolgotrajne krio konzervacije.
Če pravilno zamrznemo, lahko celice živijo več kot desetletje. Poleg tega je mogoče nekatera tkiva, kot so obščitnične žleze, vene, srčni zaklopki in aortno tkivo, uspešno kriorezervirati. Zamrzovanje se uporablja tudi za shranjevanje in ohranjanje dolgoročne sposobnosti preživetja zgodnjih človeških zarodkov, jajčec (jajčec) in semenčic. Postopki zamrzovanja, ki se uporabljajo za ta tkiva, so dobro uveljavljeni in ob prisotnosti krioprotektivnih sredstev lahko tkiva hranimo dalj časa, pri temperaturah od -14 ° C (6,8 ° F).
Raziskave so pokazale, da lahko cele živali, zamrznjene v odsotnosti krioprotektivnih sredstev, ob odmrzovanju dobijo sposobne celice, ki vsebujejo nepoškodovano DNK. Na primer, jedra možganskih celic iz celih miši, shranjenih pri –20 ° C (–4 ° F) več kot 15 let, se uporabljajo za ustvarjanje linij zarodnih matičnih celic. Te celice so bile pozneje uporabljene za proizvodnjo mišjih klonov.
