Kryopreservering, bevaring av celler og vev ved frysing.
Sir Ian Wilmut: Utdanning og kryokonserveringsforskning
Wilmut ble oppvokst i Coventry, en by i det historiske engelske fylket Warwickshire, og han gikk på Agricultural College ved University
Kryopreservering er basert på visse små molekylers evne til å komme inn i celler og forhindre dehydrering og dannelse av intracellulære iskrystaller, noe som kan forårsake celledød og ødeleggelse av celleorganeller under fryseprosessen. To vanlige kryobeskyttelsesmidler er dimetylsulfoksid (DMSO) og glyserol. Glyserol brukes primært til kryobeskyttelse av røde blodlegemer, og DMSO brukes til beskyttelse av de fleste andre celler og vev. Et sukker kalt trehalose, som forekommer i organismer som er i stand til å overleve ekstrem dehydrering, brukes til frysetørkingsmetoder for kryokonservering. Trehalose stabiliserer cellemembraner, og det er spesielt nyttig for bevaring av sædceller, stamceller og blodceller.
De fleste systemer for cellulær kryokonservering bruker en fryser med kontrollert hastighet. Dette frysesystemet leverer flytende nitrogen i et lukket kammer som cellesuspensjonen er plassert i. Nøye overvåking av frysningshastigheten bidrar til å forhindre rask cellulær dehydrering og iskrystalldannelse. Generelt føres cellene fra romtemperatur til omtrent -90 ° C (-130 ° F) i en fryser med kontrollert hastighet. Den frosne cellesuspensjonen overføres deretter til en fryser med flytende nitrogen som holdes ved ekstremt kalde temperaturer med nitrogen i enten damp- eller væskefasen. Kryopreservering basert på frysetørking krever ikke bruk av flytende-nitrogenfrysere.
En viktig anvendelse av kryopreservering er i frysing og lagring av hematopoietiske stamceller, som finnes i benmargen og perifert blod. Ved autolog benmargsredning samles hematopoietiske stamceller fra pasientens benmarg før behandling med høydose cellegift. Etter behandling tines pasientens kryokonserverte celler og tilføres tilbake i kroppen. Denne prosedyren er nødvendig, siden høydose cellegift er ekstremt giftig for benmargen. Evnen til å kryopreservere hematopoietiske stamceller har forbedret resultatet sterkt for behandling av visse lymfomer og maligne svulster i svulsten. Når det gjelder pasienter med leukemi, er deres blodceller kreft og kan ikke brukes til autolog beinmargsredning. Som et resultat er disse pasientene avhengige av kryokonserverte blod samlet inn fra navlestrengene til nyfødte spedbarn eller på kryokonserverte hematopoietiske stamceller hentet fra givere. Siden slutten av 1990-tallet er det blitt kjent at hematopoietiske stamceller og mesenkymale stamceller (avledet fra embryonalt bindevev) er i stand til å differensiere i skjelett- og hjertemuskelvev, nervevev og bein. I dag er det intens interesse for vekst av disse cellene i vevskultursystemer, samt i kryokonservering av disse cellene for fremtidig terapi for en lang rekke lidelser, inkludert forstyrrelser i nervesystemet og muskelsystemet og sykdommer i lever og hjerte.
Kryopreservering brukes også til å fryse og lagre menneskelige embryoer og sædceller. Det er spesielt verdifullt for frysing av ekstra embryoer som genereres ved in vitro-befruktning (IVF). Et par kan velge å bruke cyropreserverte embryoer til senere graviditeter eller i tilfelle IVF mislykkes med ferske embryoer. I prosessen med frossen embryooverføring tines embryoene og implanteres i kvinnens livmor. Fryst embryooverføring er assosiert med en liten, men betydelig økning i risikoen for barnekreft blant barn født av slike embryoer.
Dyp hypotermi, en form for mild kryokonservering brukt hos mennesker, har betydelige anvendelser. En vanlig bruk av induksjon av dyp hypotermi er for komplekse kardiovaskulære kirurgiske inngrep. Etter at pasienten har blitt plassert på en komplett kardiopulmonal bypass, ved hjelp av en hjerte-lungemaskin, passerer blodet gjennom et kjølekammer. Kontrollert avkjøling av pasienten kan oppnå ekstremt lave temperaturer på rundt 10–14 ° C (50–57 ° F). Denne mengden avkjøling stopper effektivt all cerebral aktivitet og gir beskyttelse for alle vitale organer. Når denne ekstreme avkjøling er oppnådd, kan hjerte-lunge-maskinen stoppes, og kirurgen kan korrigere veldig komplekse aorta- og hjertefeil under sirkulasjonsstans. I løpet av denne tiden sirkulerer ikke noe blod i pasienten. Etter at operasjonen er fullført, varmes blodet gradvis opp i den samme varmeveksleren som ble brukt til avkjøling. Gradvis oppvarming tilbake til normale kroppstemperaturer resulterer i gjenopptakelse av normale hjerne- og organfunksjoner. Denne dyptgripende hypotermien er imidlertid langt borte fra frysing og langvarig kryokonservering.
Celler kan leve mer enn et tiår hvis de er frosne. I tillegg kan visse vev, for eksempel parathyreoidea-kjertler, årer, hjerteklaffer og aortavev, med hell kryokreserveres. Frysing brukes også til å lagre og opprettholde langsiktig levedyktighet av tidlige menneskelige embryoer, egg (egg) og sæd. Fryseprosedyrene som brukes for disse vevene er veletablerte, og i nærvær av kryopbeskyttelsesmidler kan vevene lagres over lange perioder ved temperaturer på -14 ° C (6,8 ° F).
Forskning har vist at hele dyr frosset i fravær av kryopbeskyttende midler kan gi levedyktige celler som inneholder intakt DNA ved tining. For eksempel har kjerner i hjerneceller fra hele mus lagret ved -20 ° C i mer enn 15 år blitt brukt til å generere linjer med embryonale stamceller. Disse cellene ble deretter brukt til å produsere musekloner.
