г. Москва
Обратная связь

Продажа жидкого азота и сухого льда. Аренда и продажа сосудов Дьюара.

Мы не привлекаем клиентов лозунгами, мы просто качественно выполняем свою работу.

-->

Криоконсервация

Криоконсервация

Криосохранение или криоконсервация — процесс, в котором органеллы, клетки, ткани, межклеточное вещество, органы или другие биологические конструкции, чувствительные к повреждениям, вызванным бесконтрольной кинетикой химических реакций, сохраняются при охлаждении до очень низких температур (как правило -80 °C с использованием твердого диоксида углерода, или -196 °C с использованием жидкого азота). При достаточно низких температурах, любая ферментативная или химическая активность, которая может привести к повреждению биологического материала, фактически прекращается.

Методы криоконсервации стремятся достичь низких температур без нанесения дополнительного ущерба, вызванного образованием льда во время замораживания. Традиционная криоконсервация полагается на покрытие замораживаемого материала типом молекул, называемых криопротекторами. Из-за токсичности, присущей многим криопротекторам, постоянно исследуются новые методы. По умолчанию считается, что криоконсервация изменяет или нарушает структуру и функцию клеток, если не доказано иное для конкретной клеточной популяции.

Криок-ция генетических ресурсов животных — это процесс, при котором генетический материал животного собирается и хранится с целью сохранения породы.

 

ЕСТЕСТВЕННАЯ КРИОКОНСЕРВАЦИЯ

Тихоходки (Tardigrada), микроскопические многоклеточные организмы, могут пережить замораживание, заменив большую часть их внутренней воды на сахар трегалоза, предотвращая её кристаллизацию, что в противном случае повреждает клеточные мембраны.

Смеси растворенных веществ могут достичь такого же эффекта. Некоторые растворы, включая соли, имеют тот недостаток, что они могут быть токсичными при интенсивной концентрации.

Помимо тихоходок, древесные лягушки могут переносить замерзание их крови и других тканей. При подготовке к перезимовке в тканях накапливается мочевина, а гликоген печени преобразуются в большие количества глюкозы в ответ на образование внутреннего льда. Оба вещества — и мочевина, и глюкоза — действуют как «криопротекторы», чтобы ограничить количество льда, который формируется, и для снижения осмотической усадки клеток. Лягушки могут выдержать много циклов замораживания и оттепели зимой, если замерзает не более чем около 65% общей воды тела.

Толерантность к замораживанию, в котором организмы переживают зиму путем замораживания тела и прекращения жизненных функций, известна у нескольких позвоночных: пять видов лягушек (Rana sylvatica, Pseudacris triseriata, Hyla crucifer, Hyla versicolor, Hyla chrysoscelis), один вид саламандр (Hynobius keyserlingi), один вид змей (Thamnophis sirtalis) и три вида черепах (Chrysemys picta, Terrapene carolina, Terrapene ornata).

 

ИСТОРИЯ

Одним из наиболее важных ранних теоретиков криоконсервации был Джеймс Лавлок (1919 г.р.), известный по теории Гайи. Он предположил, что повреждения эритроцитов при замораживании происходили из-за осмотического стресса. В начале 1950-х годов, Лавлок также предположил, что увеличение концентрации соли в клетке, так как она обезвоживается, теряя воду на образование внешнего льда, может привести к повреждению клеток.

Криоконсервация ткани в настоящее время начиналась с замораживания сперматозоидов, которые в 1957 году были подвергнуты криосохранению группой ученых в Великобритании под руководством Кристофера Польжа. Этот процесс был применен по отношению к людям в 1950-х годах, когда наступала беременность после осеменения замороженной спермой. Однако, для некоторых из этих образцов, например, эмбрионов, костного мозга и стволовых клеток, быстрое погружение в жидкий азот не производилось из-за невозможности получения необходимой жизнеспособности, чтобы сделать их пригодными для использования после размораживания.

Более глубокое понимание механизма повреждения замороженных клеток подчеркнуло важность контролируемого или замедленного охлаждения для получения максимальной выживаемости при оттаивании живых клеток. Контролируемая скорость процесса охлаждения оказалась необходимым фактором, позволяя биологическим образцам сбалансировать к оптимальным физическим параметрам осмотически в криопротектор (форма антифриза) до охлаждения в заданных параметрах. Способность криопротекторов, в случае глицерола, защищать клетки от повреждения при замерзании была обнаружена случайно.

Повреждения при замораживании имеют два аспекта: прямой ущерб от кристаллов льда и вторичные повреждения, вызванные увеличением концентрации растворенных веществ в процессе увеличения количества образованного льда.

В 1963 году, Петр Мазур, в Национальной лаборатории Окриджа в США, продемонстрировал, что смертельного внутриклеточного замерзания можно избежать, если охлаждение происходит достаточно медленно, чтобы позволить воде покинуть клетку при постепенном замерзании внеклеточной жидкости. Эта скорость различна для клеток разных размеров и водопроницаемости: типичная скорость охлаждения около 1 °С/мин подходит для многих клеток млекопитающих после обработки криопротекторами, такими, как глицерин или диметилсульфоксид. Но скорость замерзания — это не универсальный оптимум.

 

ТЕМПЕРАТУРА

Хранением при очень низких температурах предполагается обеспечить бессрочное долголетие клеток, хотя фактическую эффективную жизнь довольно сложно доказать.

Исследователями, экспериментирующими с высушенными семенами, было установлено, что наблюдается заметная вариативность ухудшения, когда образцы выдерживались при различных температурах – даже при ультра-низких температурах.

Температуры меньше -136 °С воспринимаются как диапазон, в котором биологическая активность весьма существенно замедляется, и -196 °С (температура кипения жидкого азота) является предпочтительной температурой для хранения важных образцов. В то время как холодильники, морозильники и низкотемпературные морозильные камеры используются для многих вещей, как правило, ультра-холод жидкого азота необходим для успешного сохранения более сложных биологических структур, чтобы остановить практически всю биологическую активность.

 

РИСКИ

Явления, которые могут привести к повреждению клеток при криоконсервации, в основном происходят на этапе замерзания, и включают в себя: эффекты растворов, формирование внеклеточного льда, обезвоживание и внутриклеточное образование льда. Многие из этих эффектов могут быть уменьшены использованием криопротекторов. После того, как сохраняемый материал заморожен, он в относительной безопасности от дальнейших повреждений.

 

Однако, расчёты, основанные на накоплении радиационно-индуцированных повреждений ДНК в процессе крионического хранения, предложили максимальный срок хранения 1000 лет.

Эффекты растворов

Так как кристаллы льда растут в замерзающей воде, растворы исключаются, в результате чего они становятся концентрированными в оставшейся жидкой воде. Высокие концентрации некоторых растворенных веществ могут быть очень опасным.

Образование внеклеточного льда

Когда ткани постепенно охлаждается, вода мигрирует из клетки и лед образуется в межклеточном пространстве. Слишком много внеклеточного льда могут нанести механическое повреждение клеточной мембраны вследствие дробления.

Обезвоживание

Миграция воды, вызываемая образованием внеклеточного льда, также может привести к клеточной дегидратации. Соответствующие нагрузки на клетки могут причинить вред напрямую.

Формирование внутриклеточного льда

Хотя некоторые организмы и ткани могут выносить некоторое количество внеклеточного льда, какое-либо заметное количество внутриклеточного льда почти всегда приводит к смерти клеток.

Комментарии:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *