Kryoprezervasyon

Kriyoprezervasyon, hücrelerin ve dokunun donarak korunması.

Sir Ian Wilmut: Eğitim ve kriyoprezervasyon araştırması

Wilmut, tarihi İngiliz ilçesi Warwickshire'daki Coventry'de büyüdü ve Üniversitedeki Ziraat Koleji'ne gitti

Kriyoprezervasyon, bazı küçük moleküllerin hücrelere girme ve dehidrasyonu ve hücre içi buz kristallerinin oluşumunu önleme yeteneğine dayanır, bu da hücre ölümüne ve dondurma işlemi sırasında hücre organellerinin tahrip olmasına neden olabilir. İki yaygın kriyoprotektif ajan dimetil sülfoksit (DMSO) ve gliseroldür. Gliserol esas olarak kırmızı kan hücrelerinin kriyoproteksiyonu için kullanılır ve DMSO diğer birçok hücre ve dokunun korunması için kullanılır. Aşırı dehidrasyondan kurtulabilen organizmalarda meydana gelen trehaloz adı verilen bir şeker, dondurarak kurutma kriyoprezervasyon yöntemleri için kullanılır. Trehaloz hücre zarlarını stabilize eder ve özellikle spermlerin, kök hücrelerin ve kan hücrelerinin korunması için faydalıdır.

Çoğu hücresel kriyoprezervasyon sisteminde kontrollü hızlı bir dondurucu kullanılır. Bu dondurma sistemi, hücre süspansiyonunun yerleştirildiği kapalı bir odaya sıvı azot verir. Donma hızının dikkatle izlenmesi hızlı hücresel dehidrasyon ve buz kristali oluşumunu önlemeye yardımcı olur. Genel olarak, hücreler kontrollü bir dondurucuda oda sıcaklığından yaklaşık -90 ° C'ye (-130 ° F) alınır. Donmuş hücre süspansiyonu daha sonra buhar veya sıvı fazda azot ile aşırı soğuk sıcaklıklarda tutulan bir sıvı azot dondurucuya aktarılır. Dondurarak kurutmaya dayalı kriyoprezervasyon sıvı-azot dondurucuların kullanımını gerektirmez.

Kriyoprezervasyonun önemli bir uygulaması, kemik iliğinde ve periferik kanda bulunan hematopoietik kök hücrelerin dondurulması ve saklanmasıdır. Otolog kemik iliği kurtarmasında, hematopoietik kök hücreler, yüksek doz kemoterapi ile tedaviden önce hastanın kemik iliğinden toplanır. Tedaviden sonra, hastanın dondurularak saklanan hücreleri çözülür ve tekrar vücuda verilir. Bu prosedür gereklidir, çünkü yüksek doz kemoterapi kemik iliği için son derece toksiktir. Hematopoietik kök hücrelerin kriyo-prezervasyonu, belirli lenfomaların ve katı tümör malignitelerinin tedavisi için sonucu büyük ölçüde artırmıştır. Lösemili hastalar söz konusu olduğunda, kan hücreleri kanserlidir ve otolog kemik iliği kurtarması için kullanılamaz. Sonuç olarak, bu hastalar yeni doğan bebeklerin göbek kordonlarından toplanan kriyo-prezerve edilmiş kan veya donörlerden elde edilen kriyo-prezerve hematopoietik kök hücrelere dayanmaktadır. 1990'ların sonlarından bu yana, hematopoietik kök hücrelerin ve mezenkimal kök hücrelerin (embriyonik bağ dokusundan türetilmiş) iskelet ve kalp kası dokularına, sinir dokusuna ve kemiğe farklılaşabildikleri kabul edilmiştir. Bugün, bu hücrelerin doku kültürü sistemlerinde büyümesine ve bu hücrelerin, sinir ve kas sistemleri bozuklukları ve karaciğer ve kalp hastalıkları da dahil olmak üzere çok çeşitli bozukluklar için gelecekteki terapi için kriyoprezervasyonuna yoğun ilgi vardır..

Kriyoprezervasyon ayrıca insan embriyolarını ve spermini dondurmak ve saklamak için kullanılır. In vitro fertilizasyon (IVF) tarafından üretilen ekstra embriyoların dondurulması için özellikle değerlidir. Bir çift, daha sonraki hamilelikler için veya IVF'nin taze embriyolarla başarısız olması durumunda sito-korunan embriyoları kullanmayı seçebilir. Dondurulmuş embriyo transferi sürecinde, embriyolar çözülür ve kadının rahmine implante edilir. Dondurulmuş embriyo transferi, bu tür embriyolardan doğan çocuklar arasında çocukluk çağı kanseri riskinde küçük ama önemli bir artış ile ilişkilidir.

İnsan hastalarda kullanılan hafif bir kriyoprezervasyon formu olan derin hipotermi önemli uygulamalara sahiptir. Derin hipoterminin indüksiyonunun yaygın kullanımı, karmaşık kardiyovasküler cerrahi prosedürler içindir. Hasta kalp-akciğer makinesi kullanılarak tam kardiyopulmoner baypas üzerine yerleştirildikten sonra kan bir soğutma odasından geçer. Hastanın kontrollü soğutması, 10-14 ° C (50-57 ° F) civarında son derece düşük sıcaklıklara ulaşabilir. Bu miktarda soğutma tüm serebral aktiviteyi etkili bir şekilde durdurur ve tüm hayati organlar için koruma sağlar. Bu aşırı soğutma sağlandığında, kalp-akciğer makinesi durdurulabilir ve cerrah dolaşım durması sırasında çok karmaşık aort ve kalp kusurlarını düzeltebilir. Bu süre zarfında hasta içinde kan dolaşımı olmaz. Ameliyat tamamlandıktan sonra, soğutma için kullanılan ısı eşanjöründe kan yavaş yavaş ısıtılır. Normal vücut sıcaklıklarına kademeli olarak ısınma, normal beyin ve organ fonksiyonlarının yeniden başlamasına neden olur. Bununla birlikte, bu derin hipotermi, donma ve uzun süreli kriyoprezervasyondan çok uzaktır.

Doğru donduğunda hücreler on yıldan fazla yaşayabilir. Ek olarak, paratiroid bezleri, damarlar, kalp kapakçıkları ve aort dokusu gibi bazı dokular başarılı bir şekilde dondurulabilir. Dondurma, erken insan embriyoları, ova (yumurtalar) ve spermlerin uzun süreli yaşayabilirliğini saklamak ve korumak için de kullanılır. Bu dokular için kullanılan dondurma prosedürleri iyi bir şekilde oluşturulmuştur ve kriyoprotektif ajanların varlığında dokular long14 ° C (6.8 ° F) sıcaklıklarda uzun süre saklanabilir.

Araştırmalar, kriyoprotektif ajanların yokluğunda donmuş bütün hayvanların, çözdürüldükten sonra bozulmamış DNA içeren canlı hücreler verebileceğini göstermiştir. Örneğin, −20 ° C'de (−4 ° F) 15 yıldan fazla saklanan bütün farelerden alınan beyin hücrelerinin çekirdekleri, embriyonik kök hücre çizgileri oluşturmak için kullanılmıştır. Bu hücreler daha sonra fare klonları üretmek için kullanıldı.