Kriokonzervacija, očuvanje stanica i tkiva smrzavanjem.
Sir Ian Wilmut: Obrazovanje i istraživanje krio konzervacije
Wilmut je odrastao u Coventryju, gradu u povijesnoj engleskoj županiji Warwickshire, a pohađao je Poljoprivredni fakultet na Sveučilištu
Krioprezervacija se temelji na sposobnosti određenih malih molekula da uđu u stanice i spreče dehidraciju i stvaranje unutarćelijskih kristala leda, što može uzrokovati staničnu smrt i uništavanje staničnih organela tijekom procesa zamrzavanja. Dva uobičajena krioprotektivna sredstva su dimetil sulfoksid (DMSO) i glicerol. Glicerol se koristi prvenstveno za krioprotekciju crvenih krvnih stanica, a DMSO se koristi za zaštitu većine ostalih stanica i tkiva. Šećer zvan trehaloza, koji se javlja u organizmima sposobnim preživjeti ekstremnu dehidraciju, koristi se za metode zamrzavanja sušenja zamrzavanjem. Trehaloza stabilizira stanične membrane, a posebno je korisna za očuvanje sperme, matičnih stanica i krvnih stanica.
Većina sustava stanične krio konzervacije koristi zamrzivač s kontroliranom brzinom. Ovaj sustav zamrzavanja dovodi tekući dušik u zatvorenu komoru u koju se postavlja stanična suspenzija. Pažljivo praćenje brzine smrzavanja pomaže u sprečavanju brze stanične dehidracije i stvaranja ledenih kristala. Općenito, stanice se uzimaju sa sobne temperature na približno -90 ° C (−130 ° F) u zamrzivaču s kontroliranom brzinom. Suspenzija smrznutih stanica zatim se prenosi u zamrzivač tekućeg dušika koji se održava pri ekstremno hladnim temperaturama s dušikom bilo u isparavanju, bilo u tekućoj fazi. Krioprezervacija na bazi smrzavanja ne zahtijeva upotrebu zamrzivača tekućeg dušika.
Važna primjena krio konzervacije je u zamrzavanju i skladištenju hematopoetskih matičnih stanica koje se nalaze u koštanoj srži i perifernoj krvi. U autolognom spašavanju koštane srži hematopoetske matične stanice prikupljaju se iz koštane srži pacijenta prije liječenja visokim dozama kemoterapijom. Nakon tretmana pacijentove krio-konzervirane stanice se odmrzavaju i infuziraju natrag u tijelo. Ovaj je postupak nužan jer je kemoterapija visokim dozama izrazito toksična za koštanu srž. Sposobnost krioprezervacije hematopoetskih matičnih stanica uvelike je poboljšala ishod u liječenju određenih limfoma i solidnih tumora zloćudnih bolesti. U slučaju pacijenata s leukemijom, njihove krvne stanice su kancerogene i ne mogu se koristiti za autologno spašavanje koštane srži. Kao rezultat, ti se pacijenti oslanjaju na kriokonzerviranu krv prikupljenu iz pupkovine pupkovine novorođenčadi ili na krio konzervirane matične stanice hematopoeze dobivene od davatelja. Od kraja 1990-ih prepoznato je da su hematopoetske matične stanice i mezenhimske matične stanice (dobivene iz embrionalnog vezivnog tkiva) sposobne razlikovati se u koštana i srčana mišićna tkiva, živčano tkivo i kosti. Danas postoji intenzivno zanimanje za rast ovih stanica u sustavima kulture tkiva, kao i za krio konzervaciju ovih stanica za buduću terapiju širokog spektra poremećaja, uključujući poremećaje živčanog i mišićnog sustava te bolesti jetre i srca,
Krioprezervacija se također koristi za zamrzavanje i skladištenje ljudskih embrija i sperme. Posebno je vrijedna za zamrzavanje dodatnih zametaka koji nastaju in vitro oplodnjom (IVF). Par se može odlučiti za korištenje cyro konzerviranih embrija za kasniju trudnoću ili u slučaju da IVF ne uspije sa svježim embrionima. U procesu zamrzavanja prijenosa zametaka embriji se odmrzavaju i implantiraju u maternicu žene. Prijenos zamrznutog embrija povezan je s malim, ali značajnim povećanjem rizika od raka djece u djece rođene iz takvih embrija.
Duboka hipotermija, oblik blage krio konzervacije koja se koristi kod ljudskih pacijenata, ima značajnu primjenu. Uobičajena uporaba indukcije duboke hipotermije je za složene kardiovaskularne kirurške zahvate. Nakon što se pacijent postavi na kompletnu kardiopulmonalnu zaobilaznicu, pomoću aparata za srce i pluća, krv prolazi kroz rashladnu komoru. Kontrolirano hlađenje pacijenta može doseći ekstremno niske temperature od oko 10–14 ° C (50–57 ° F). Ova količina hlađenja učinkovito zaustavlja sve moždane aktivnosti i pruža zaštitu svim vitalnim organima. Kada se postigne ovo ekstremno hlađenje, stroj za srce i pluća može se zaustaviti, a kirurg može tijekom prekida cirkulacije ispraviti vrlo složene nedostatke aorte i srca. Za to vrijeme u pacijentu ne cirkulira krv. Nakon završetka operacije, krv se postepeno zagrijava u istom izmjenjivaču topline koji se koristi za hlađenje. Postupno zagrijavanje do normalnih tjelesnih temperatura dovodi do ponovnog uspostavljanja normalnih funkcija mozga i organa. Međutim, ova duboka hipotermija daleko je od zamrzavanja i dugotrajne krio konzervacije.
Stanice mogu živjeti više od jednog desetljeća ako se pravilno smrznu. Pored toga, određena tkiva, poput paratireoidnih žlijezda, vena, srčanih zalistaka i tkiva aorte, mogu se uspješno očuvati. Zamrzavanjem se također koristi za pohranjivanje i održavanje dugoročne održivosti ranih ljudskih embrija, jajašca (jaja) i sperme. Postupci zamrzavanja koji se koriste za ta tkiva dobro su uspostavljeni, te se u prisutnosti krioprotektivnih sredstava tkiva mogu dugo vremena skladištiti na temperaturama od -14 ° C (6,8 ° F).
Istraživanje je pokazalo da cijele životinje smrznute u nedostatku krioprotektivnih sredstava mogu nakon otapanja dati životne stanice koje sadrže netaknutu DNK. Na primjer, jezgre moždanih stanica iz cijelih miševa pohranjenih na -20 ° C (-4 ° F) duže od 15 godina korištene su za stvaranje linija embrionalnih matičnih stanica. Te se stanice naknadno koriste za proizvodnju mišjih klonova.
