Crioprezervarea, conservarea celulelor și țesuturilor prin congelare.
Sir Ian Wilmut: Cercetare în educație și crioprezervare
Wilmut a fost crescut în Coventry, un oraș din istoricul județ englez Warwickshire, iar el a urmat cursurile College College de la Universitate
Crioprezervarea se bazează pe capacitatea anumitor molecule mici de a intra în celule și de a preveni deshidratarea și formarea de cristale de gheață intracelulare, care pot provoca moartea celulară și distrugerea organelelor celulare în timpul procesului de îngheț. Doi agenți crioprotectori obișnuiți sunt dimetil sulfoxidul (DMSO) și glicerolul. Glicerolul este utilizat în principal pentru crioprotecția globulelor roșii, iar DMSO este utilizat pentru protecția majorității celulelor și țesuturilor. Un zahăr numit trehalose, care apare în organismele capabile să supraviețuiască deshidratării extreme, este utilizat pentru metodele de crioprezervare de uscare prin congelare. Trehalose stabilizează membranele celulare și este deosebit de util pentru conservarea spermatozoizilor, celulelor stem și a celulelor sanguine.
Majoritatea sistemelor de crioprezervare celulară folosesc un congelator cu rată controlată. Acest sistem de congelare furnizează azot lichid într-o cameră închisă în care este plasată suspensia celulară. Monitorizarea atentă a vitezei de înghețare ajută la prevenirea deshidratării celulare rapide și formării cristalelor de gheață. În general, celulele sunt prelevate de la temperatura camerei până la aproximativ -90 ° C (-130 ° F) într-un congelator cu viteză controlată. Suspensia celulelor înghețate este apoi transferată într-un congelator de azot lichid menținut la temperaturi extrem de reci cu azot, fie în faza de vapori, fie în faza lichidă. Crioprezervarea bazată pe uscare prin congelare nu necesită utilizarea congelatoarelor cu azot lichid.
O aplicație importantă a crioprezervării constă în înghețarea și depozitarea celulelor stem hematopoietice, care se găsesc în măduva osoasă și sângele periferic. În salvarea autologă a măduvei osoase, celulele stem hematopoietice sunt colectate din măduva osoasă a pacientului înainte de tratamentul cu chimioterapie cu doze mari. După tratament, celulele crioprezervate ale pacientului sunt dezghețate și perfuzate înapoi în corp. Această procedură este necesară, deoarece chimioterapia cu doze mari este extrem de toxică pentru măduva osoasă. Capacitatea de crioprezervare a celulelor stem hematopoietice a sporit foarte mult rezultatul pentru tratamentul anumitor limfoame și malignități tumorale solide. În cazul pacienților cu leucemie, celulele lor din sânge sunt canceroase și nu pot fi utilizate pentru salvarea autologă a măduvei osoase. Drept urmare, acești pacienți se bazează pe sângele crioprezervat colectat din cordoanele ombilicale ale nou-născuților sau pe celulele stem hematopoietice crioprezervate obținute de la donatori. Începând cu sfârșitul anilor 90, s-a recunoscut că celulele stem hematopoietice și celulele stem mezenchimale (derivate din țesutul conjunctiv embrionar) sunt capabile să se diferențieze în țesuturile musculare scheletice și cardiace, țesutul nervos și osul. Astăzi există un interes intens în creșterea acestor celule în sistemele de cultură a țesuturilor, precum și în crioprezervarea acestor celule pentru terapia viitoare pentru o mare varietate de tulburări, inclusiv tulburări ale sistemului nervos și muscular și boli ale ficatului și inimii.
Crioprezervarea este folosită și pentru înghețarea și depozitarea embrionilor umani și a spermei. Este deosebit de valoros pentru înghețarea embrionilor suplimentari generați de fertilizarea in vitro (FIV). Un cuplu poate alege să utilizeze embrioni cu rezerve pentru sarcinile ulterioare sau în cazul în care FIV eșuează cu embrioni proaspeți. În procesul de transfer al embrionilor înghețați, embrionii sunt dezghețați și implantați în uterul femeii. Transferul de embrioni congelați este asociat cu o creștere mică, dar semnificativă, a riscului de cancer la copil în rândul copiilor născuți din astfel de embrioni.
Hipotermia profundă, o formă de crioprezervare ușoară folosită la pacienții umani, are aplicații semnificative. O utilizare obișnuită a inducției de hipotermie profundă este pentru procedurile chirurgicale cardiovasculare complexe. După ce pacientul a fost plasat pe bypass cardiopulmonar complet, folosind o mașină cardiacă-plămân, sângele trece printr-o cameră de răcire. Răcirea controlată a pacientului poate atinge temperaturi extrem de scăzute de aproximativ 10–14 ° C (50–57 ° F). Această cantitate de răcire oprește eficient orice activitate cerebrală și oferă protecție pentru toate organele vitale. Când s-a obținut această răcire extremă, aparatul cardiac-pulmonar poate fi oprit, iar chirurgul poate corecta defecte aortice și cardiace foarte complexe în timpul stopului circulator. În acest timp, nu circulă sânge în interiorul pacientului. După finalizarea operației, sângele este încălzit treptat în același schimbător de căldură folosit la răcire. Încălzirea treptată înapoi la temperaturile normale ale corpului duce la reluarea funcțiilor normale ale creierului și ale organului. Această hipotermie profundă este totuși departe de înghețare și crioprezervare pe termen lung.
Celulele pot trăi mai mult de un deceniu dacă sunt înghețate corespunzător. În plus, anumite țesuturi, cum ar fi glandele paratiroide, venele, valvele cardiace și țesutul aortic pot fi crioprezervate cu succes. Congelarea este folosită și pentru păstrarea și menținerea viabilității pe termen lung a embrionilor umani timpurii, ovule (ouă) și spermatozoizi. Procedurile de congelare utilizate pentru aceste țesuturi sunt bine stabilite și, în prezența agenților crioprotectori, țesuturile pot fi depozitate pe perioade lungi de timp la temperaturi de -14 ° C (6,8 ° F).
Cercetările au arătat că animalele întregi înghețate în absența agenților crioprotectori pot produce celule viabile care conțin ADN intact la decongelare. De exemplu, nucleele de celule ale creierului de la șoareci întregi depozitate la -20 ° C (−4 ° F) mai mult de 15 ani au fost utilizate pentru a genera linii de celule stem embrionare. Aceste celule au fost ulterior folosite pentru a produce clone de mouse.
