การเก็บรักษา

การแช่แข็ง, การเก็บรักษาเซลล์และเนื้อเยื่อโดยการแช่แข็ง

Sir Ian Wilmut: การศึกษาและการวิจัยการเก็บรักษาด้วยน้ำแข็ง

Wilmut ได้รับการเลี้ยงดูใน Coventry ซึ่งเป็นเมืองในเขตประวัติศาสตร์ของ Warwickshire และเขาเข้าเรียนที่วิทยาลัยเกษตรที่มหาวิทยาลัย

การแช่แข็งขึ้นอยู่กับความสามารถของโมเลกุลขนาดเล็กบางชนิดในการเข้าสู่เซลล์และป้องกันการขาดน้ำและการก่อตัวของผลึกน้ำแข็งในเซลล์ซึ่งอาจทำให้เซลล์ตายและทำลายเซลล์ organelles ในระหว่างกระบวนการแช่แข็ง ตัวแทน cryoprotective ทั่วไปสองรายการคือ dimethyl sulfoxide (DMSO) และ glycerol กลีเซอรอลส่วนใหญ่ใช้สำหรับการแช่แข็งของเซลล์เม็ดเลือดแดงและ DMSO ใช้สำหรับป้องกันเซลล์และเนื้อเยื่ออื่น ๆ ส่วนใหญ่ น้ำตาลที่เรียกว่าทรีฮาโลสซึ่งเกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตที่มีชีวิตรอดจากภาวะขาดน้ำมากใช้สำหรับวิธีการแช่แข็งด้วยความเย็น Trehalose ทำให้เยื่อหุ้มเซลล์มีความเสถียรและเป็นประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการเก็บรักษาสเปิร์มเซลล์ต้นกำเนิดและเซลล์เม็ดเลือด

ระบบส่วนใหญ่ของการเก็บรักษาด้วยการแช่แข็งโทรศัพท์มือถือใช้ช่องแช่แข็งที่ควบคุมด้วยอัตรา ระบบแช่แข็งนี้ให้ไนโตรเจนเหลวเข้าสู่ห้องปิดซึ่งมีการแขวนเซลล์ไว้ การตรวจสอบอัตราการแช่แข็งอย่างระมัดระวังช่วยป้องกันการขาดน้ำของเซลล์อย่างรวดเร็วและการก่อตัวของผลึกน้ำแข็ง โดยทั่วไปเซลล์จะถูกนำจากอุณหภูมิห้องไปประมาณ −90 ° C (−130 ° F) ในช่องแช่แข็งที่ควบคุมด้วยอัตรา การระงับเซลล์แช่แข็งจะถูกถ่ายโอนไปยังช่องแช่แข็งไนโตรเจนเหลวซึ่งเก็บรักษาที่อุณหภูมิเย็นจัดอย่างมากพร้อมกับไนโตรเจนในไอหรือในสถานะของเหลว การแช่แข็งด้วยความเย็นไม่จำเป็นต้องใช้ตู้แช่แข็งเหลวไนโตรเจน

การประยุกต์ใช้การเก็บรักษาด้วยความเย็นที่สำคัญอยู่ในการแช่แข็งและเก็บรักษาสเต็มเซลล์เม็ดเลือดซึ่งพบได้ในไขกระดูกและเลือดรอบข้าง ในการช่วยเหลือไขกระดูก autologous เซลล์ต้นกำเนิดเม็ดเลือดจะถูกรวบรวมจากไขกระดูกของผู้ป่วยก่อนการรักษาด้วยเคมีบำบัดขนาดสูง หลังจากการรักษาเซลล์ cryopreserved ของผู้ป่วยจะถูกละลายและซึมกลับเข้าไปในร่างกาย ขั้นตอนนี้เป็นสิ่งจำเป็นเนื่องจากยาเคมีบำบัดขนาดสูงเป็นพิษอย่างยิ่งต่อไขกระดูก ความสามารถในการแช่แข็งเซลล์ต้นกำเนิดเม็ดเลือดได้เพิ่มประสิทธิภาพอย่างมากสำหรับการรักษาโรคมะเร็งต่อมน้ำเหลืองบางชนิดและมะเร็งก้อนเนื้อแข็ง ในกรณีของผู้ป่วยโรคมะเร็งเม็ดเลือดขาวเซลล์เม็ดเลือดของพวกเขาเป็นมะเร็งและไม่สามารถใช้สำหรับการช่วยเหลือไขกระดูก autologous เป็นผลให้ผู้ป่วยเหล่านี้พึ่งพาเลือด cryopreserved ที่เก็บรวบรวมจากสายสะดือของทารกแรกเกิดหรือเซลล์ต้นกำเนิดเม็ดเลือดเม็ดเลือดขาว cryopreserved เก็บจากผู้บริจาค ตั้งแต่ปลายปี 1990 เป็นต้นมาได้รับการยอมรับว่าเซลล์ต้นกำเนิดเม็ดเลือดและเซลล์ต้นกำเนิด mesenchymal (มาจากเนื้อเยื่อเกี่ยวพันของตัวอ่อน) มีความสามารถในการแยกความแตกต่างในเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อโครงร่างและหัวใจเนื้อเยื่อเส้นประสาทและกระดูก วันนี้มีความสนใจอย่างมากในการเจริญเติบโตของเซลล์เหล่านี้ในระบบการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อเช่นเดียวกับการเก็บรักษาด้วยการแช่แข็งของเซลล์เหล่านี้สำหรับการบำบัดในอนาคตสำหรับความผิดปกติหลากหลายรวมถึงความผิดปกติของระบบประสาทและกล้ามเนื้อและโรคตับและหัวใจ.

การเก็บรักษาด้วยการแช่แข็งยังใช้ในการแช่แข็งและเก็บตัวอ่อนมนุษย์และตัวอสุจิ เป็นประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการแช่แข็งตัวอ่อนพิเศษที่เกิดจากการปฏิสนธินอกร่างกาย (IVF) คู่สมรสสามารถเลือกที่จะใช้ตัวอ่อนไซโรพรีเสริฟสำหรับการตั้งครรภ์ในภายหลังหรือในกรณีที่การผสมเทียมล้มเหลวด้วยตัวอ่อนใหม่ ในกระบวนการขนย้ายตัวอ่อนแช่แข็งตัวอ่อนจะถูกละลายและฝังเข้าไปในมดลูกของผู้หญิง การย้ายตัวอ่อนแช่แข็งนั้นสัมพันธ์กับการเพิ่มความเสี่ยงต่อการเป็นมะเร็งในวัยเด็กในเด็กที่เกิดจากตัวอ่อนดังกล่าว

อุณหภูมิต่ำซึ่งเป็นรูปแบบหนึ่งของการเก็บรักษาด้วยความเย็นอย่างอ่อนที่ใช้ในผู้ป่วยมนุษย์นั้นมีการใช้งานที่สำคัญ การใช้งานทั่วไปของการเหนี่ยวนำของอุณหภูมิที่ลึกล้ำสำหรับกระบวนการผ่าตัดหัวใจและหลอดเลือดที่ซับซ้อน หลังจากผู้ป่วยถูกวางไว้บนบายพาสปอดโดยใช้เครื่องหัวใจและปอดเลือดจะไหลผ่านห้องเย็น การควบคุมความเย็นของผู้ป่วยอาจสูงถึงอุณหภูมิต่ำมากประมาณ 10–14 ° C (50–57 ° F) ปริมาณความเย็นนี้จะหยุดกิจกรรมในสมองได้อย่างมีประสิทธิภาพและช่วยป้องกันอวัยวะสำคัญทั้งหมด เมื่อการระบายความร้อนนี้ได้รับการบรรลุเครื่องหัวใจและปอดสามารถหยุดและศัลยแพทย์สามารถแก้ไขข้อบกพร่องของหลอดเลือดและหัวใจที่ซับซ้อนมากในระหว่างการจับกุมการไหลเวียนโลหิต ในช่วงเวลานี้ไม่มีเลือดไหลเวียนอยู่ภายในผู้ป่วย หลังจากการผ่าตัดเสร็จสิ้นเลือดจะค่อยๆอุ่นขึ้นในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเดียวกับที่ใช้สำหรับระบายความร้อน อุณหภูมิกลับสู่อุณหภูมิปกติอย่างค่อยเป็นค่อยไปส่งผลให้สมองและอวัยวะทำงานปกติ อย่างไรก็ตามอุณหภูมิที่ลึกล้ำนี้นั้นอยู่ห่างไกลจากการแช่แข็งและการแช่แข็งในระยะยาว

เซลล์สามารถมีชีวิตอยู่ได้นานกว่าทศวรรษหากถูกแช่แข็งอย่างเหมาะสม นอกจากนี้เนื้อเยื่อบางอย่างเช่นต่อมพาราไธรอยด์, หลอดเลือดดำ, วาล์วหัวใจและเนื้อเยื่อหลอดเลือดสามารถประสบความสำเร็จในการแช่แข็ง การแช่แข็งยังใช้เพื่อเก็บและรักษาความเป็นไปได้ในระยะยาวของตัวอ่อนมนุษย์ยุคแรกไข่ (ไข่) และอสุจิ ขั้นตอนการแช่แข็งที่ใช้สำหรับเนื้อเยื่อเหล่านี้ได้รับการยอมรับเป็นอย่างดีและในการปรากฏตัวของตัวแทน cryoprotective เนื้อเยื่อสามารถถูกเก็บไว้ในช่วงเวลานานที่อุณหภูมิ -14 ° C (6.8 ° F)

งานวิจัยแสดงให้เห็นว่าสัตว์ทั้งตัวถูกแช่แข็งโดยไม่ใช้สาร cryoprotective สามารถให้เซลล์ที่ทำงานได้ซึ่งมี DNA สมบูรณ์เมื่อละลาย ตัวอย่างเช่นนิวเคลียสของเซลล์สมองจากหนูทั้งหมดที่เก็บไว้ที่ -20 ° C (-4 ° F) มานานกว่า 15 ปีถูกนำมาใช้เพื่อสร้างสายของเซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อน เซลล์เหล่านี้ถูกใช้ในการผลิตโคลนของเมาส์ในเวลาต่อมา