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Dalle rane agli alberi: quali organismi hanno ispirato la nostra crionica?
La crioconservazione è una tecnologia bioscientifica con grandi potenzialità, in grado di preservare efficacemente cellule, tessuti o organi. Il suo principio di base è quello di congelare i materiali biologici a temperature estremamente basse (ad esempio -80 °C o -196 °C), arrestando così efficacemente il metabolismo cellulare e riducendo i danni ai materiali biologici. Il potenziale di questa tecnologia non si limita al trasporto su lunghe distanze o alla conservazione a lungo termine di campioni biologici, ma include anche la possibilità di creare banche di campioni. Tra questi, alcuni degli organismi che hanno ispirato la nostra tecnologia di congelamento provengono dalla natura, come alberi, rane del bosco e tardigradi. Questi organismi dotati di una resistenza al freddo unica hanno svolto un ruolo importante nello sviluppo della tecnologia del congelamento.
Un passaggio importante nella tecnologia dei crioprotettori è l'aggiunta al materiale di molecole chiamate crioprotettori (CPA), per ridurre lo shock osmotico e lo stress fisico a cui sono sottoposte le cellule durante il processo di congelamento.
Un modello di tecnologia di crioconservazione naturale
La rana dei boschi è una delle creature più straordinarie che riesce a tollerare il congelamento del sangue e dei tessuti. Ciò avviene accumulando urea prima dell'arrivo dell'inverno, proteggendo le proprie cellule dai danni causati dalla formazione di cristalli di ghiaccio al loro interno. Il biologo Dr. Kenneth B. Storey ha condotto una ricerca approfondita sul fenomeno della "rana congelata" e ha svelato i principi biologici alla base di questo fenomeno.
"Le rane dei boschi sono in grado di sopravvivere a molti eventi di gelo/disgelo, a patto che non più del 65% circa dell'acqua del loro corpo sia congelata."
Conosciuti anche come "orsi d'acqua", i tardigradi resistono al congelamento sostituendo gran parte dell'acqua interna con uno zucchero chiamato trealosio, che impedisce la formazione di cristalli di ghiaccio. Le proprietà esibite da questi organismi non solo stimolano la curiosità degli scienziati, ma forniscono anche potenziali soluzioni su come sviluppare nuove tecnologie di crioprotezione.
Evoluzione storica della tecnologia della refrigerazione
La ricerca sulla tecnologia della crioconservazione può essere fatta risalire agli anni '50. Una delle prime teorie fu proposta da James Lovelock, il quale riteneva che il danno da congelamento dei globuli rossi fosse dovuto in gran parte agli effetti della pressione osmotica. Con l'approfondimento della ricerca, la tecnologia di congelamento degli ovuli è gradualmente maturata e ha iniziato a essere estesa al congelamento di materiali umani. Nel 1954, tre gravidanze da uova di vermi congelate dimostrarono la fattibilità di questa tecnologia.
"Nel 1967, James Bedford divenne il primo essere umano ad essere congelato e riportato in vita, un evento che segnò una nuova sfida per la tecnologia crionica."
Sebbene la tecnologia di crioconservazione si sia sviluppata rapidamente, è ancora accompagnata da molti rischi. Ad esempio, i cristalli di ghiaccio formati durante il processo di congelamento possono causare danni alle cellule. Tuttavia, molti fenomeni, come gli effetti della soluzione, la disidratazione cellulare e la formazione di cristalli di ghiaccio all'interno delle cellule, rendono questa tecnologia di difficile applicazione.
Principali metodi per superare i rischi
Con l'evoluzione della tecnologia crionica, gli scienziati hanno sviluppato una serie di metodi efficaci per superare i danni causati dal processo di congelamento. Tra queste, è ampiamente utilizzata la tecnologia di congelamento lento programmabile, il cui processo prevede il raffreddamento lento delle celle fino a -196 °C nell'arco di diverse ore. Ciò non solo consente alle cellule di drenare gradualmente l'acqua, ma riduce anche il danno meccanico alla membrana cellulare causato dalla formazione di cristalli di ghiaccio.
"Controllando rigorosamente la velocità di raffreddamento e utilizzando crioprotettori appropriati, molti campioni biologici hanno mantenuto con successo la loro funzionalità e vitalità."
D'altro canto, la nascita della tecnologia di vetrificazione può prevenire efficacemente la formazione di cristalli di ghiaccio durante il processo di congelamento. Questa tecnologia è stata introdotta da Greg Fahy e William F. Rall nella crioconservazione riproduttiva negli anni '80, migliorando significativamente la sopravvivenza tasso di cellule e tessuti.
Molteplici applicazioni della tecnologia della refrigerazione
La gamma di applicazioni della tecnologia di congelamento è estremamente ampia: dallo sperma, agli embrioni, agli ovuli e persino ai tessuti vegetali, tutto può essere conservato tramite congelamento. Non solo, il ruolo di questa tecnologia nella riproduzione assistita e nella medicina riproduttiva sta diventando sempre più importante, portando più speranza alla fertilità umana.
"Ad esempio, attraverso la crioconservazione, ci sono stati casi in cui gli embrioni sono stati concepiti con successo e sono nati naturalmente 27 anni dopo."
La tecnologia del congelamento contribuisce in modo significativo anche alla tutela della biodiversità e alla conservazione dei semi delle piante. Oggi, molte organizzazioni ambientaliste e scienziati in tutto il mondo stanno lavorando su come preservare più efficacemente le risorse ecologiche in risposta alle minacce poste dal cambiamento climatico e dalle attività umane.
Con il continuo progresso della scienza e della tecnologia, non possiamo fare a meno di chiederci se la tecnologia crionica sarà in grado di realizzare pienamente la resurrezione degli organismi in futuro. In che modo ciò cambierà la comprensione umana della natura della vita e l'atteggiamento nei confronti natura?
