Külmsäilitamine, rakkude ja kudede säilitamine külmutamise teel.
Sir Ian Wilmut: Hariduse ja külmsäilitamise uuringud
Wilmut kasvatati Coventry linnas, ajaloolises Inglise Warwickshire'i maakonnas ja ta õppis ülikooli põllumajanduse kolledžis
Krüosäilitamine põhineb teatud väikeste molekulide võimel siseneda rakkudesse ja takistada raku siseste jääkristallide dehüdratsiooni ja moodustumist, mis võib põhjustada rakusurma ja rakuorgaanide hävimist külmumisprotsessi ajal. Kaks tavalist krüoprotektiivset ainet on dimetüülsulfoksiid (DMSO) ja glütserool. Glütserooli kasutatakse peamiselt punaste vereliblede kaitsmiseks ja DMSO-d enamiku teiste rakkude ja kudede kaitseks. Külmsäilitusmeetodil külmsäilitamiseks kasutatakse suhkrut nimega trehaloos, mida leidub organismides, mis suudavad üle elada äärmise dehüdratsiooni. Trehaloos stabiliseerib rakumembraane ja see on eriti kasulik sperma, tüvirakkude ja vererakkude säilitamiseks.
Enamik raku külmsäilitamise süsteeme kasutab kontrollitud kiirusega sügavkülmikut. See külmutussüsteem toimetab vedela lämmastiku suletud kambrisse, millesse rakususpensioon pannakse. Külmumiskiiruse hoolikas jälgimine aitab vältida kiiret raku dehüdratsiooni ja jääkristallide teket. Üldiselt võetakse rakud toatemperatuurist temperatuurini umbes –90 ° C (–130 ° F) kontrollitud kiirusega sügavkülmikus. Külmutatud rakususpensioon kantakse seejärel vedel-lämmastiku sügavkülmikusse, mida hoitakse kas külmas aurus või vedelas lämmastikus äärmiselt külmadel temperatuuridel. Külmkuivatamisel põhinev külmsäilitamine ei vaja vedela-lämmastiku sügavkülmikute kasutamist.
Krüosäilitamise oluline rakendus on luuüdis ja perifeerses veres leiduvate vereloome tüvirakkude külmutamine ja säilitamine. Autoloogse luuüdi päästmiseks kogutakse vereloome tüvirakud patsiendi luuüdist enne ravi suurtes annustes keemiaraviga. Pärast ravi sulatatakse patsiendi külmsäilitatud rakud ja infundeeritakse tagasi kehasse. See protseduur on vajalik, kuna suurtes annustes keemiaravi on luuüdi äärmiselt mürgine. Hematopoeetiliste tüvirakkude külmsäilitamise võime on teatavate lümfoomide ja kasvajate tahkete pahaloomuliste kasvajate ravimise tulemusi märkimisväärselt parandanud. Leukeemiahaigetel on nende vererakud vähkkasvajad ja neid ei saa kasutada luuüdi autoloogseks päästmiseks. Selle tulemusel toetuvad need patsiendid vastsündinud laste nabanööridest kogutud külmsäilitatud verele või doonoritelt saadud külmsäilitunud vereloome tüvirakkudele. Alates 1990. aastate lõpust on tunnistatud, et vereloome tüvirakud ja mesenhümaalsed tüvirakud (saadud embrüonaalsest sidekoest) on võimelised eristuma skeleti ja südame lihaskudedeks, närvikoeks ja luuks. Tänapäeval on suur huvi nende rakkude kasvu vastu koekultuurisüsteemides, samuti nende rakkude külmsäilitamise vastu tulevikus kasutamiseks mitmesuguste häirete jaoks, sealhulgas närvi- ja lihasüsteemi häired ning maksa- ja südamehaigused..
Krüosäilitamist kasutatakse ka inimese embrüote ja sperma külmutamiseks ja säilitamiseks. See on eriti väärtuslik lisaembrüote külmutamisel, mis on loodud in vitro viljastamisega (IVF). Paar võib valida, kas kasutada küprosonserveeritud embrüoid hilisemate raseduste korral või juhul, kui IVF ebaõnnestub värskete embrüotega. Embrüo külmutatud siirdamise käigus sulatatakse embrüod ja implanteeritakse naise emakasse. Embrüo külmutatud siirdamine on seotud sellistest embrüodest sündinud laste seas väikese, kuid märkimisväärse lastehaiguse riski suurenemisega.
Sügaval hüpotermial, mis on inimpatsientidel kasutatav kerge külmsäilituse vorm, on märkimisväärne rakendus. Sügava hüpotermia esilekutsumise tavaliseks kasutamiseks on keerulised kardiovaskulaarsed kirurgilised protseduurid. Pärast patsiendi täielikku kardiopulmonaalset ümbersõitu südame-kopsumasina abil läbib veri jahutuskambrist. Patsiendi kontrollitud jahutamine võib saavutada äärmiselt madala temperatuuri, umbes 10–14 ° C (50–57 ° F). See jahutuskogus peatab tõhusalt kogu peaaju tegevuse ja kaitseb kõiki elutähtsaid organeid. Kui see äärmine jahutus on saavutatud, saab südame-kopsumasina peatada ja kirurg saab vereringeseiskumise ajal korrigeerida väga keerulisi aordi ja südame defekte. Selle aja jooksul ei ringle patsiendil verd. Pärast operatsiooni lõppu soojendatakse verd järk-järgult samas jahutusvedelikus. Järk-järguline normaalse kehatemperatuuri juurde soojenemine taastab aju ja organite normaalse funktsiooni. See sügav hüpotermia on külmetusest ja pikaajalisest külmsäilitusest siiski kaugel.
Rakud võivad korralikult külmutatuna elada üle kümne aasta. Lisaks saab teatud kudesid, nagu kõrvalkilpnäärmed, veenid, südameventiilid ja aordikude, edukalt külmsäilitada. Külmutamist kasutatakse ka inimese varajaste embrüote, munarakkude (munarakkude) ja sperma pikaajalise elujõulisuse säilitamiseks ja säilitamiseks. Nende kudede külmutamise protseduurid on hästi välja töötatud ja krüoprotektiivsete ainete juuresolekul saab kudesid pikka aega säilitada temperatuuril –14 ° C (6,8 ° F).
Uuringud on näidanud, et krüoprotektiivsete ainete puudumisel külmunud terved loomad võivad sulatamisel saada terveid DNA-d sisaldavaid elujõulisi rakke. Embrüonaalsete tüvirakkude ridade genereerimiseks on kasutatud näiteks tervete hiirte ajurakkude tuumasid, mida on temperatuuril –20 ° C (–4 ° F) hoitud enam kui 15 aastat. Neid rakke kasutati seejärel hiire kloonide tootmiseks.
