Kylmäsäilyttäminen, solujen ja kudosten säilyminen jäädyttämällä.
Sir Ian Wilmut: Koulutus- ja kylmäsäilytystutkimus
Wilmut kasvatettiin Coventryssä, historiallisessa Englannin Warwickshiren kreivikunnassa, ja hän osallistui yliopiston maatalousopistoon.
Kylmäsäilyttäminen perustuu tiettyjen pienten molekyylien kykyyn päästä soluihin ja estää kuivumista ja solunsisäisten jääkiteiden muodostumista, mikä voi aiheuttaa solukuoleman ja soluorganelien tuhoutumisen jäätymisprosessin aikana. Kaksi yleistä kryosuojaavaa ainetta ovat dimetyylisulfoksidi (DMSO) ja glyseroli. Glyserolia käytetään ensisijaisesti punasolujen kryosuojaukseen, ja DMSO: ta käytetään useimpien muiden solujen ja kudosten suojaamiseen. Trehaloosiksi kutsuttu sokeri, jota esiintyy organismeissa, jotka kykenevät selviämään äärimmäisestä kuivumisesta, käytetään kylmäsäilytyksen pakastekuivatusmenetelmiin. Trehaloosi stabiloi solumembraaneja, ja se on erityisen hyödyllinen siittiöiden, kantasolujen ja verisolujen säilyttämisessä.
Suurin osa solujen kylmäsäilytysjärjestelmistä käyttää kontrolloidun nopeuden pakastinta. Tämä pakastusjärjestelmä toimittaa nestemäistä typpeä suljettuun kammioon, johon solususpensio sijoitetaan. Jäätymisnopeuden tarkka seuranta auttaa estämään nopean solun kuivumisen ja jääkiteiden muodostumisen. Yleensä solut viedään huoneenlämpötilasta suunnilleen -90 ° C: seen (-130 ° F) kontrolloidulla nopeudella varustetussa pakastimessa. Jäädytetty solususpensio siirretään sitten nestemäiseen typpipakastimeen, jota pidetään erittäin kylmissä lämpötiloissa typen ollessa joko höyryssä tai nestemäisessä faasissa. Kylmäkuivaukseen perustuva kylmäsäilyttäminen ei vaadi nestemäisten typpipakastimien käyttöä.
Tärkeä kylmäsäilytyksen sovellus on luuytimessä ja ääreisveressä olevien hematopoieettisten kantasolujen jäädyttämisessä ja varastoinnissa. Autologisessa luuytimen pelastuksessa hematopoieettiset kantasolut kerätään potilaan luuytimestä ennen suurten annosten kemoterapiaa. Hoidon jälkeen potilaan kylmäsäilytetyt solut sulatetaan ja infusoidaan takaisin vartaloon. Tämä toimenpide on välttämätön, koska suuriannoksinen kemoterapia on erittäin myrkyllistä luuytimelle. Mahdollisuus kylmäsäilyttää hematopoieettisia kantasoluja on parantanut huomattavasti tulosta tiettyjen lymfoomien ja kiinteiden kasvaimen pahanlaatuisten kasvainten hoidossa. Leukemiapotilailla heidän verisolut ovat syöpäsairaita eikä niitä voida käyttää autologiseen luuytimen pelastamiseen. Seurauksena on, että nämä potilaat luottavat kylmäsäilytettyyn vereen, joka on kerätty vastasyntyneiden napanuorasta, tai luovuttajilta saatuihin kylmäsäilytettyihin hematopoieettisiin kantasoluihin. 1990-luvun lopulta lähtien on tunnustettu, että hematopoieettiset kantasolut ja mesenkymaaliset kantasolut (johdettu alkion sidekudoksesta) kykenevät erottautumaan luuston ja sydämen lihaskudoksiin, hermokudokseen ja luuhun. Nykyään on kiinnostunut voimakkaasti näiden solujen kasvusta kudosviljelyjärjestelmissä sekä näiden solujen kylmäsäilytyksestä tulevaa terapiaa varten monenlaisille häiriöille, mukaan lukien hermosto- ja lihasjärjestelmien häiriöt sekä maksan ja sydämen sairaudet..
Kylmäsäilytystä käytetään myös ihmisalkioiden ja siittiöiden jäädyttämiseen ja varastointiin. Se on erityisen arvokas ylimääräisten alkioiden jäädyttämisessä, jotka syntyvät in vitro -hedelmöityksellä (IVF). Pari voi käyttää kyprosäilytettyjä alkioita myöhempiin raskauksiin tai siinä tapauksessa, että IVF epäonnistuu uusien alkioiden kanssa. Jäädytetyn alkionsiirtoprosessin aikana alkiat sulatetaan ja implantoidaan naisen kohtuun. Jäädytetty alkionsiirto liittyy pieneen, mutta huomattavaan lasten syöpäriskin kasvuun sellaisista alkioista syntyneiden lasten keskuudessa.
Syvällä hypotermialla, jolla on lievä kylmäsäilytyksen muoto, jota käytetään ihmispotilailla, on merkittäviä sovelluksia. Yleinen syvän hypotermian induktion käyttö on monimutkaisia kardiovaskulaarisia kirurgisia toimenpiteitä. Sen jälkeen kun potilas on asetettu täydelliselle sydän- ja keuhkojen ohitukselle sydän-keuhkojen avulla, veri kulkee jäähdytyskammion läpi. Potilaan hallittu jäähdytys voi saavuttaa erittäin matalat lämpötilat, noin 10–14 ° C (50–57 ° F). Tämä jäähdytysmäärä lopettaa tehokkaasti kaiken aivojen toiminnan ja tarjoaa suojan kaikille elintärkeille elimille. Kun tämä äärimmäinen jäähdytys on saavutettu, sydän-keuhkojen kone voidaan pysäyttää, ja kirurgi voi korjata erittäin monimutkaiset aortta- ja sydänvauriot verenkierron pysähtymisen aikana. Tänä aikana potilaan sisällä ei kierrä verta. Leikkauksen päätyttyä veri lämmitetään vähitellen samassa lämmönvaihtimessa, jota käytetään jäähdytykseen. Asteittainen lämpeneminen takaisin normaaliin kehon lämpötilaan johtaa normaalien aivojen ja elinten toimintojen palautumiseen. Tämä perusteellinen hypotermia on kuitenkin kaukana jäätymisestä ja pitkäaikaisesta kylmäsäilytyksestä.
Solut voivat elää yli vuosikymmenen, jos ne jäädytetään kunnolla. Lisäksi tietyt kudokset, kuten lisäkilpirauhaset, laskimot, sydämen venttiilit ja aortan kudokset, voidaan säilyttää onnistuneesti kylmäsäilytyksissä. Pakastamista käytetään myös ihmisten varhaisten alkioiden, munasolujen (munien) ja siittiöiden pitkäaikaisen elinkelpoisuuden säilyttämiseen ja ylläpitämiseen. Näille kudoksille käytetyt jäädyttämismenetelmät ovat vakiintuneita, ja kryosuojaavien aineiden läsnäollessa kudoksia voidaan varastoida pitkän ajanjakson ajan lämpötiloissa -14 ° C (6,8 ° F).
Tutkimukset ovat osoittaneet, että kokonaiset eläimet, jotka on jäädytetty kylmäsuojaavien aineiden puuttuessa, voivat sulattamisen aikana tuottaa elinkykyisiä soluja, jotka sisältävät ehjää DNA: ta. Esimerkiksi kokonaisten hiirten aivosolujen ytimiä, joita on säilytetty -20 ° C: ssa (-4 ° F) yli 15 vuoden ajan, on käytetty alkioiden kantasolujen rivien tuottamiseksi. Näitä soluja käytettiin myöhemmin hiiren kloonien tuottamiseksi.
