Криопротекторы
Криоконсервация — удобный метод хранения биологического материала. Однако криоконсервация может приводить и к нежелательным явлениям, вызванным повреждением биологического материала. Известно, что биофизические процессы при образовании льда в клетках вызывают гораздо большие повреждения, чем влияние низких температур само по себе на живые объекты. Основными причинами повреждения клеток, являются холодовой шок, осмотический шок, повреждения мембран из-за образования вне и внутриклеточных кристаллов. Задача любой техники заморозки клеток — остановка клеточной активности и поддержание целостности клеток таким образом, чтобы после размораживания основные морфофункциональные свойства клеток были максимально восстановлены.
Для защиты клеток от повреждения при замораживании используют специальные вещества – криопротекторы: проникающие (глицерин, этиленгликоль, ДМСО, пропиленгликоль) и непроникающие.
Проникающие криопротекторы обладают довольно высокой степенью цитотоксичности, возрастающей экспоненциально с увеличением концентраций. Токсичность криопротектантов проявляется в денатурации белков и повреждениях клеточных структур при дегидратации связанной воды. Токсичность криопротектантов определяют, как величину, обратную выживаемости. Таким образом, разработчики криопротекторов стараются найти баланс между непроникающими и проникающими криопротекторами для снижения токсического действия последних и повышения выживаемости клеток после разморозки.
В качестве криопротекторов могут быть применены этиленгликоль, глицерин, диметилсульфоксид, сахароза, декстран, пропиленгликоль, альбумин, поливинилпирролидон и сыворотка крови. При проведении работ по криоконсервированию необходимо подобрать криопротектор, обеспечивающий наибольшую выживаемость клеток после хранения и оттаивания.
Совсем недавно в 2022 г ученые из Университета RMIT определили новый тип криопротектора, который должен сохранить типы клеток так, как не могут существующие аналоги. Команда систематически тестировала класс химических веществ, называемых эвтектическими растворителями, и нашла тот, который работает для сохранения тканей, не повреждая клетки.
Ученые испытали вещество на четырех типах клеток, включая клетки кожи и мозга. Сначала клетки инкубировали с криопротектором при 37 °C — примерной температуре человеческого тела — в течение нескольких часов, прежде чем заморозить. Позже образцы размораживали и исследовали под микроскопом на предмет повреждения клеток.
Микроскопическое изображение нервных клеток, которые были заморожены с помощью нового криопротектора и разморожены вновь
И действительно, новый криопротектор был эффективен для всех четырех типов клеток, демонстрируя меньшую токсичность и лучшую сохранность, чем существующие агенты. Интересно, что он включает в себя два основных ингредиента: пролин и глицерин.
«Этот криопротектор был более эффективным и менее токсичным, чем его отдельные компоненты», — заявил доктор Саффрон Брайант, ведущий исследователь исследования. «Это один из первых случаев систематического тестирования этого класса растворителей для криоконсервации клеток млекопитающих. Наше исследование может привести к разработке потенциально тысяч новых криозащитных средств, которые могут быть адаптированы к конкретным типам клеток».
Развитие науки в криобиологии не стоит на месте. Каждый день тысячи ученых решают и находят решение для таких сложных казалось бы вопросов: как защитить клетки от токсичного воздействия. Возможно, уже скоро мы ощутим на себе , в нашей обычной повседевной жизни, открытия в крионауке.