Language
Country/Area
No result found
Чудо биологического замораживания: почему некоторые существа могут выжить при -196°C?
В научном сообществе технология замораживания всегда была важным направлением в изучении продолжения жизни. Биозамораживание или криоконсервация направлено на замораживание клеток, тканей или органов для продления срока их хранения. Эта технология позволяет эффективно остановить любой клеточный метаболизм, который может повредить биологические материалы, при низких температурах (обычно -80°C или -196°C с использованием жидкого азота).
Эта технология не только играет важную роль в сохранении биологических образцов, но и играет огромную роль в транспортировке биологических образцов на большие расстояния. Чтобы снизить риск осмотического шока и физического стресса, которым подвергаются клетки во время замораживания, исследователи часто добавляют специальные молекулы, называемые криопротекторами (CPA). Эти криопротекторы в первую очередь вдохновлены холодостойкими существами природы, такими как деревья, лесные лягушки и тихоходки.
«Микробные организмы, такие как тихоходки, устойчивы к замерзанию, заменяя большую часть внутренней воды сахаром, что предотвращает кристаллизацию, которая может привести к повреждению клеточных мембран».
Примеры естественной криоконсервации
В природе многие организмы обладают удивительной морозостойкостью. Например, древесные лягушки способны накапливать мочевину в крови и других тканях, готовясь к зиме. Гликоген в печени также в значительной степени превращается в глюкозу при образовании внутренних кристаллов льда. Все эти вещества действуют как криопротекторы, ограничивая образование льда и уменьшая осмотическую усадку клеток. Исследования показывают, что лягушки могут переживать множественные замерзания и оттаивания зимой при условии, что 65% воды в их организме не замерзает.
История криоконсервации
Что касается ранней теории криоконсервации, Джеймс Лавлок в 1953 году предположил, что повреждение эритроцитов во время замораживания происходит главным образом из-за осмотического давления. Он провел серию экспериментов и подтвердил, что некоторые животные (например, хомяки) могут выдерживать 60% замерзания воды при медленном охлаждении.
С развитием технологии замораживания криоконсервация материалов человеческого тела начала входить в стадию применения в 1954 году. Впоследствии, в 1966 году, были криоконсервированы первые человеческие останки. В 1967 году тело Джеймса Бедфорда стало первым телом в истории, криоконсервированным с надеждой на будущее воскресение.
Риски при криоконсервации
Во время криоконсервации клетки могут столкнуться с рядом рисков повреждения, включая воздействие раствора, образование внеклеточных кристаллов льда, обезвоживание и образование внутриклеточных кристаллов льда. Хотя эти эффекты можно уменьшить криопротекторами, при замораживании защитное действие консервируемого материала от дальнейшего повреждения усиливается.
«Когда клетки заморожены, если скорость охлаждения достаточно медленная, вода может покинуть клетку в достаточном количестве, чтобы избежать образования смертоносных внутренних кристаллов льда».
Основные методы профилактики рисков криоконсервации
Основные методы предотвращения повреждений от замерзания включают контролируемую скорость охлаждения и медленное замораживание, а также новый метод, называемый витрификацией. Технология медленно программируемого замораживания широко используется в таких областях, как люди, животные и клеточная биология.
Процесс витрификации быстро охлаждает образец и предотвращает образование кристаллов льда, тем самым уменьшая возможные повреждения в процессе замораживания. Эта технология была внедрена для криоконсервации репродуктивной системы с середины 1980-х годов и до настоящего времени успешно применяется в различных клинических практиках.
Значение криоконсервации для биотехнологии
С развитием науки и техники применение криоконсервации не ограничивается сохранением биологических образцов, но также распространится на такие области, как генная терапия и исследования стволовых клеток. Технология криоконсервации открывает широкие перспективы для будущих биологических исследований и клинического применения.
Для многих людей или существ, сталкивающихся с экзистенциальными угрозами, развитие этой технологии означает, что в будущем могут быть найдены новые жизненные возможности. Разве это не стоит того, чтобы задуматься?
