Bảo quản lạnh, bảo quản tế bào và mô bằng cách đông lạnh.
Sir Ian Wilmut: Nghiên cứu giáo dục và bảo quản lạnh
Wilmut được nuôi dưỡng tại thành phố Coventry, một thị trấn thuộc hạt tiếng Anh lịch sử của Warwickshire và anh theo học trường Cao đẳng Nông nghiệp tại Đại học
Bảo quản lạnh dựa trên khả năng của một số phân tử nhỏ xâm nhập vào tế bào và ngăn ngừa mất nước và hình thành các tinh thể băng nội bào, có thể gây chết tế bào và phá hủy các bào quan tế bào trong quá trình đóng băng. Hai chất bảo quản lạnh phổ biến là dimethyl sulfoxide (DMSO) và glycerol. Glycerol được sử dụng chủ yếu để bảo vệ tế bào hồng cầu và DMSO được sử dụng để bảo vệ hầu hết các tế bào và mô khác. Một loại đường gọi là trehalose, xảy ra trong các sinh vật có khả năng sống sót khi bị mất nước cực độ, được sử dụng cho các phương pháp bảo quản lạnh đông khô. Trehalose ổn định màng tế bào, và nó đặc biệt hữu ích cho việc bảo tồn tinh trùng, tế bào gốc và tế bào máu.
Hầu hết các hệ thống bảo quản lạnh tế bào đều sử dụng tủ đông tốc độ có kiểm soát. Hệ thống đóng băng này đưa nitơ lỏng vào một khoang kín, trong đó hệ thống treo tế bào được đặt. Theo dõi cẩn thận tốc độ đóng băng giúp ngăn ngừa mất nước nhanh chóng và hình thành tinh thể băng. Nói chung, các tế bào được lấy từ nhiệt độ phòng đến khoảng 90 ° C (30130 ° F) trong tủ đông có tốc độ được kiểm soát. Huyền phù tế bào đông lạnh sau đó được chuyển vào tủ đông nitơ lỏng duy trì ở nhiệt độ cực lạnh với nitơ ở dạng hơi hoặc pha lỏng. Bảo quản lạnh dựa trên quá trình đông khô không cần sử dụng máy làm lạnh bằng nitơ lỏng.
Một ứng dụng quan trọng của bảo quản lạnh là trong việc đông lạnh và lưu trữ các tế bào gốc tạo máu, được tìm thấy trong tủy xương và máu ngoại vi. Trong giải cứu tủy xương tự thân, các tế bào gốc tạo máu được thu thập từ tủy xương của bệnh nhân trước khi điều trị bằng hóa trị liệu liều cao. Sau khi điều trị, các tế bào được bảo quản lạnh của bệnh nhân được làm tan băng và truyền trở lại vào cơ thể. Thủ tục này là cần thiết, vì hóa trị liệu liều cao cực kỳ độc hại đối với tủy xương. Khả năng đông lạnh tế bào gốc tạo máu đã giúp cải thiện đáng kể kết quả điều trị một số u lympho và khối u ác tính khối u rắn. Trong trường hợp bệnh nhân mắc bệnh bạch cầu, các tế bào máu của họ là ung thư và không thể được sử dụng để giải cứu tủy xương tự thân. Kết quả là, những bệnh nhân này dựa vào máu được bảo quản thu thập từ dây rốn của trẻ sơ sinh hoặc trên các tế bào gốc tạo máu được bảo quản lạnh thu được từ các nhà tài trợ. Từ cuối những năm 1990, người ta đã nhận ra rằng các tế bào gốc tạo máu và tế bào gốc trung mô (có nguồn gốc từ mô liên kết phôi) có khả năng biệt hóa thành các mô cơ xương và tim, mô thần kinh và xương. Ngày nay có sự quan tâm mạnh mẽ đến sự phát triển của các tế bào này trong các hệ thống nuôi cấy mô, cũng như bảo quản lạnh các tế bào này để điều trị trong tương lai cho nhiều loại rối loạn, bao gồm rối loạn hệ thống thần kinh và cơ và các bệnh về gan và tim.
Bảo quản lạnh cũng được sử dụng để đóng băng và lưu trữ phôi và tinh trùng của con người. Nó đặc biệt có giá trị cho việc đóng băng thêm phôi được tạo ra bằng phương pháp thụ tinh trong ống nghiệm (IVF). Một cặp vợ chồng có thể chọn sử dụng phôi cyropreserved cho lần mang thai sau hoặc trong trường hợp IVF thất bại với phôi tươi. Trong quá trình chuyển phôi đông lạnh, phôi được làm tan băng và cấy vào tử cung của người phụ nữ. Chuyển phôi đông lạnh có liên quan đến sự gia tăng nhỏ nhưng đáng kể về nguy cơ ung thư ở trẻ em ở những trẻ sinh ra từ phôi như vậy.
Hạ thân nhiệt sâu sắc, một hình thức bảo quản lạnh nhẹ được sử dụng ở bệnh nhân người, có những ứng dụng quan trọng. Một sử dụng phổ biến của cảm ứng hạ thân nhiệt sâu sắc là cho các thủ tục phẫu thuật tim mạch phức tạp. Sau khi bệnh nhân được đặt vào tim phổi hoàn toàn, sử dụng máy trợ tim, máu sẽ đi qua buồng làm mát. Làm mát có kiểm soát của bệnh nhân có thể đạt đến nhiệt độ cực thấp khoảng 10 nhiệt14 ° C (50 ví57 ° F). Lượng làm mát này có hiệu quả ngăn chặn tất cả các hoạt động của não và cung cấp bảo vệ cho tất cả các cơ quan quan trọng. Khi đạt được sự làm mát cực độ này, máy tim phổi có thể ngừng hoạt động và bác sĩ phẫu thuật có thể sửa chữa các khuyết tật động mạch chủ và tim rất phức tạp trong quá trình ngừng tuần hoàn. Trong thời gian này, không có máu lưu thông trong bệnh nhân. Sau khi phẫu thuật hoàn tất, máu được làm ấm dần trong cùng một bộ trao đổi nhiệt được sử dụng để làm mát. Dần dần ấm lên trở lại nhiệt độ cơ thể bình thường dẫn đến việc nối lại các chức năng của não và cơ quan bình thường. Tuy nhiên, hạ thân nhiệt sâu sắc này đã bị loại bỏ khỏi quá trình đông lạnh và bảo quản lạnh lâu dài.
Các tế bào có thể sống hơn một thập kỷ nếu được đông lạnh đúng cách. Ngoài ra, một số mô, chẳng hạn như tuyến cận giáp, tĩnh mạch, van tim và mô động mạch chủ, có thể được bảo quản lạnh thành công. Đóng băng cũng được sử dụng để lưu trữ và duy trì khả năng tồn tại lâu dài của phôi người sớm, ova (trứng) và tinh trùng. Các quy trình cấp đông được sử dụng cho các mô này được thiết lập tốt, và, với sự có mặt của các chất bảo vệ lạnh, các mô có thể được lưu trữ trong thời gian dài ở nhiệt độ −14 ° C (6,8 ° F).
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng toàn bộ động vật bị đóng băng trong trường hợp không có chất bảo vệ lạnh có thể tạo ra các tế bào khả thi chứa DNA nguyên vẹn khi tan băng. Ví dụ, nhân của các tế bào não từ toàn bộ chuột được lưu trữ ở −20 ° C (−4 ° F) trong hơn 15 năm đã được sử dụng để tạo ra các dòng tế bào gốc phôi. Những tế bào này sau đó đã được sử dụng để sản xuất chuột.
