Language
Country/Area
No result found
معجزة التجميد البيولوجي: لماذا تستطيع بعض المخلوقات البقاء على قيد الحياة عند -196 درجة مئوية؟
في المجتمع العلمي، كانت تكنولوجيا التجميد دائمًا اتجاهًا مهمًا في استكشاف استمرارية الحياة. يهدف التجميد الحيوي، أو الحفظ بالتبريد، إلى تجميد الخلايا أو الأنسجة أو الأعضاء لإطالة عمرها الافتراضي. تسمح هذه التقنية بإيقاف أي عملية استقلاب خلوية يمكن أن تلحق الضرر بالمواد البيولوجية بشكل فعال عند درجات حرارة منخفضة (عادة -80 درجة مئوية أو -196 درجة مئوية باستخدام النيتروجين السائل).
لا تلعب هذه التقنية دورًا مهمًا في الحفاظ على العينات البيولوجية فحسب، بل تلعب أيضًا دورًا كبيرًا في نقل العينات البيولوجية لمسافات طويلة. بالنسبة للصدمة التناضحية والإجهاد الجسدي الذي تتعرض له الخلايا أثناء التجميد، غالبًا ما يضيف الباحثون بعض الجزيئات الخاصة التي تسمى المواد الواقية من البرد (CPA) لتقليل هذه المخاطر. هذه المواد الواقية من البرد مستوحاة في المقام الأول من الكائنات الطبيعية المقاومة للبرد، مثل الأشجار والضفادع الخشبية وبطيئات المشية.
"الكائنات الحية الدقيقة مثل بطيئات المشية تقاوم التجمد عن طريق استبدال معظم مياهها الداخلية بالسكر، مما يمنع حدوث التبلور الذي يمكن أن يسبب تلف أغشية الخلايا."
أمثلة على الحفظ بالتبريد الطبيعي
في الطبيعة، تتمتع العديد من الكائنات الحية بمقاومة مذهلة للصقيع. فضفادع الخشب، على سبيل المثال، قادرة على تجميع اليوريا في دمها وأنسجتها الأخرى استعدادًا لفصل الشتاء. يتم أيضًا تحويل الجليكوجين الموجود في الكبد بشكل كبير إلى جلوكوز عندما يواجه تكوين بلورات ثلجية داخلية. تعمل جميع هذه المواد كمواد وقائية للتبريد، مما يحد من تكوين الجليد ويقلل من الانكماش الأسموزي للخلايا. تظهر الأبحاث أن الضفادع يمكن أن تتعرض لأحداث تجميد وذوبان متعددة في الشتاء، بشرط ألا يتجمد 65% من مياه جسمها.
تاريخ الحفظ بالتبريد
أما بالنسبة للنظرية المبكرة للحفظ بالتبريد، فقد اقترح جيمس لوفلوك في عام 1953 أن الضرر الذي يلحق بخلايا الدم الحمراء أثناء التجميد يرجع بشكل رئيسي إلى الضغط الأسموزي. أجرى سلسلة من التجارب وأكد أن بعض الحيوانات (مثل الهامستر) يمكنها تحمل 60% من الماء المتجمد تحت التبريد البطيء.
مع تقدم تكنولوجيا التجميد، بدأ الحفظ بالتبريد لمواد الجسم البشري في الدخول إلى مرحلة التطبيق في عام 1954. وفي وقت لاحق، في عام 1966، تم حفظ أول بقايا بشرية بالتبريد. في عام 1967، أصبح جسد جيمس بيدفورد أول جسد في التاريخ يتم حفظه بالتبريد على أمل القيامة في المستقبل.
المخاطر أثناء الحفظ بالتبريد
أثناء الحفظ بالتبريد، قد تواجه الخلايا العديد من مخاطر التلف، بما في ذلك تأثيرات المحلول، وتكوين بلورات الثلج خارج الخلية، والجفاف، وتكوين بلورات الجليد داخل الخلايا. على الرغم من أنه يمكن تقليل هذه التأثيرات بواسطة المواد الواقية من البرد، إلا أنه عند التجميد، يتم تعزيز التأثير الوقائي للمادة المحفوظة ضد المزيد من الضرر.
"عندما يتم تجميد الخلايا، وإذا كان معدل التبريد بطيئًا بدرجة كافية، يمكن أن يترك الماء الخلية بدرجة كافية لتجنب تكوين بلورات ثلجية داخلية قاتلة."
أهم طرق الوقاية من مخاطر الحفظ بالتبريد
تتضمن التقنيات الرئيسية لمنع أضرار التجميد معدلات التبريد الخاضعة للرقابة والتجميد البطيء، بالإضافة إلى تقنية أحدث تسمى التزجيج. تم استخدام تقنية التجميد القابلة للبرمجة ببطء على نطاق واسع في مجالات تشمل البشر والحيوانات وبيولوجيا الخلية.
تعمل عملية التزجيج على تبريد العينة بسرعة وتمنع تكوين بلورات الثلج، وبالتالي تقليل الضرر المحتمل أثناء عملية التجميد. تم إدخال هذه التكنولوجيا للحفظ بالتبريد التناسلي منذ منتصف الثمانينات وتم استخدامها بنجاح في العديد من الممارسات السريرية حتى الآن.
أهمية الحفظ بالتبريد للتكنولوجيا الحيوية
مع تطور العلم والتكنولوجيا، لا يقتصر تطبيق الحفظ بالتبريد على حفظ العينات البيولوجية، بل سيمتد أيضًا إلى مجالات مثل العلاج الجيني وأبحاث الخلايا الجذعية. تفتح تقنية الحفظ بالتبريد آفاقًا واسعة للأبحاث البيولوجية والتطبيقات السريرية المستقبلية.
بالنسبة للعديد من الأشخاص أو المخلوقات التي تواجه تهديدات وجودية، فإن تقدم هذه التكنولوجيا يعني أنه يمكن العثور على إمكانيات حياة جديدة في المستقبل، ألا يستحق هذا التأمل؟
