Kryokonzervácia, konzervácia buniek a tkanív zmrazením.
Sir Ian Wilmut: Výskum a kryokonzervácia
Wilmut bol vychovaný v Coventry, meste v historickom anglickom grófstve Warwickshire, a navštevoval poľnohospodársku univerzitu na univerzite.
Kryokonzervácia je založená na schopnosti určitých malých molekúl vstúpiť do buniek a zabrániť dehydratácii a tvorbe intracelulárnych ľadových kryštálov, ktoré môžu spôsobiť proces bunkovej smrti a deštrukcie bunkových organel počas procesu mrazenia. Dve bežné kryoprotektívne činidlá sú dimetylsulfoxid (DMSO) a glycerol. Glycerol sa používa primárne na kryoprotekciu červených krviniek a DMSO sa používa na ochranu väčšiny ostatných buniek a tkanív. Cukor nazývaný trehalóza, ktorý sa vyskytuje v organizmoch schopných prežiť extrémnu dehydratáciu, sa používa na zmrazovacie metódy kryokonzervácie. Trehalóza stabilizuje bunkové membrány a je obzvlášť užitočná na ochranu spermií, kmeňových buniek a krvných buniek.
Väčšina systémov bunkovej kryokonzervácie používa mrazničku s regulovanou rýchlosťou. Tento mraziaci systém dodáva tekutý dusík do uzavretej komory, do ktorej je umiestnená bunková suspenzia. Starostlivé sledovanie rýchlosti zamrznutia pomáha predchádzať rýchlej dehydratácii buniek a tvorbe ľadových kryštálov. Vo všeobecnosti sa bunky odoberajú z izbovej teploty do približne -90 ° C (-130 ° F) v mrazničke s regulovanou rýchlosťou. Zmrazená bunková suspenzia sa potom prenesie do mrazničky kvapalina-dusík udržiavaného pri extrémne nízkych teplotách dusíkom buď v parnej alebo kvapalnej fáze. Kryokonzervácia založená na lyofilizácii nevyžaduje použitie mrazničiek s kvapalným dusíkom.
Dôležitou aplikáciou kryokonzervácie je zmrazenie a skladovanie krvotvorných kmeňových buniek, ktoré sa nachádzajú v kostnej dreni a periférnej krvi. Pri autológnej záchrane kostnej drene sa pred liečbou vysokými dávkami chemoterapie odoberajú z krvnej drene pacienta hematopoetické kmeňové bunky. Po ošetrení sa kryokonzervované bunky pacienta rozmrazia a infúziou sa vrátia späť do tela. Tento postup je nevyhnutný, pretože vysokodávková chemoterapia je pre kostnú dreň mimoriadne toxická. Schopnosť kryokonzervovať hematopoetické kmeňové bunky výrazne zvýšila výsledok liečby určitých lymfómov a malignít solídnych nádorov. V prípade pacientov s leukémiou sú ich krvinky rakovinové a nemôžu sa použiť na záchranu autológnej kostnej drene. Výsledkom je, že títo pacienti sa spoliehajú na kryokonzervovanú krv zozbieranú z pupočníkových šnúr novorodencov alebo na kryokonzervované hematopoetické kmeňové bunky získané od darcov. Od konca 90. rokov sa zistilo, že krvotvorné kmeňové bunky a mezenchymálne kmeňové bunky (pochádzajúce z embryonálneho spojivového tkaniva) sú schopné diferencovať sa na tkanivá kostrového a srdcového svalu, nervové tkanivo a kosť. V súčasnosti existuje intenzívny záujem o rast týchto buniek v systémoch tkanivových kultúr, ako aj o ich konzerváciu zmrazením pre budúcu liečbu mnohých ochorení, vrátane porúch nervového a svalového systému a chorôb pečene a srdca.,
Kryokonzervácia sa tiež používa na zmrazenie a uchovávanie ľudských embryí a spermií. Je obzvlášť užitočný pre zmrazenie ďalších embryí, ktoré sa tvoria oplodnením in vitro (IVF). Pár sa môže rozhodnúť, že bude používať cyropreservované embryá pre neskoršie tehotenstvo alebo pre prípad zlyhania IVF u čerstvých embryí. V procese prenosu zmrazených embryí sa embryá rozmrazia a implantujú do maternice ženy. Zmrazený prenos embryí je spojený s malým, ale výrazným zvýšením rizika rakoviny detí u detí narodených z takýchto embryí.
Hĺbková hypotermia, forma miernej kryokonzervácie používaná u ľudských pacientov, má významné aplikácie. Bežné použitie indukcie hlbokej hypotermie je pri komplexných kardiovaskulárnych chirurgických výkonoch. Po umiestnení pacienta na kompletný kardiopulmonálny obtok pomocou stroja so srdcovými pľúcami prechádza krv chladiacou komorou. Kontrolované chladenie pacienta môže dosiahnuť extrémne nízke teploty okolo 10–14 ° C (50–57 ° F). Toto množstvo chladenia účinne zastavuje všetky mozgové aktivity a poskytuje ochranu všetkých životne dôležitých orgánov. Po dosiahnutí tohto extrémneho ochladenia je možné stroj na zastavenie činnosti srdca a pľúc zastaviť a chirurg môže počas zástavy obehu opraviť veľmi komplexné aortálne a srdcové poruchy. Počas tejto doby v pacientovi cirkuluje žiadna krv. Po ukončení operácie sa krv postupne zahrieva v tom istom výmenníku tepla, ktorý sa používa na chladenie. Postupné zahrievanie späť na normálne telesné teploty vedie k obnoveniu normálnych funkcií mozgu a orgánov. Táto hlboká hypotermia je však ďaleko od mrazu a dlhodobej kryokonzervácie.
Ak sú bunky správne zmrazené, môžu žiť viac ako desať rokov. Okrem toho môžu byť niektoré tkanivá, ako sú napríklad prištítne žľazy, žily, srdcové chlopne a aortálne tkanivá, úspešne konzervované zmrazením. Zmrazovanie sa tiež používa na uchovávanie a udržiavanie dlhodobej životaschopnosti skorých ľudských embryí, vajíčok a vajíčok. Mraziace postupy používané pre tieto tkanivá sú dobre zavedené a tkanivá sa môžu v prítomnosti kryoprotektívnych látok skladovať po dlhú dobu pri teplotách -14 ° C (6,8 ° F).
Výskum ukázal, že celé zvieratá zmrazené v neprítomnosti kryoprotektívnych látok môžu po rozmrazení získať životaschopné bunky obsahujúce neporušenú DNA. Napríklad jadrá mozgových buniek z celých myší skladovaných pri -20 ° C (-4 ° F) dlhšie ako 15 rokov sa použili na generovanie línií embryonálnych kmeňových buniek. Tieto bunky sa následne použili na produkciu myšacích klonov.
