Language
Country/Area
No result found
Từ ếch đến cây: Sinh vật nào đã truyền cảm hứng cho công nghệ đông lạnh của chúng ta?
Bảo quản đông lạnh là một công nghệ khoa học sinh học có tiềm năng to lớn có thể bảo quản hiệu quả tế bào, mô hoặc cơ quan. Nguyên lý cơ bản của nó là đông lạnh vật liệu sinh học ở nhiệt độ cực thấp (như −80 °C hoặc −196 °C), do đó ngăn chặn hiệu quả quá trình trao đổi chất của tế bào và giảm thiểu thiệt hại cho vật liệu sinh học. Tiềm năng của công nghệ này không chỉ giới hạn ở việc vận chuyển đường dài hoặc lưu trữ mẫu sinh học lâu dài mà còn bao gồm khả năng tạo ra ngân hàng mẫu. Trong số đó, một số sinh vật truyền cảm hứng cho công nghệ đóng băng của chúng ta đến từ thiên nhiên, chẳng hạn như cây cối, ếch gỗ và gấu nước. Những sinh vật có khả năng chịu lạnh độc đáo này đã đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của công nghệ đông lạnh.
Một bước quan trọng trong công nghệ bảo vệ đông lạnh là bổ sung các phân tử được gọi là chất bảo vệ đông lạnh (CPA) vào vật liệu để giảm sốc thẩm thấu và căng thẳng vật lý mà tế bào gặp phải trong quá trình đông lạnh.
Mô hình công nghệ bảo quản đông lạnh tự nhiên
Ếch gỗ là một trong những sinh vật tuyệt vời có thể chịu được tình trạng đóng băng máu và mô. Chúng thực hiện điều này bằng cách tích lũy urê trước khi mùa đông đến, bảo vệ tế bào khỏi bị tổn thương khi các tinh thể băng hình thành bên trong tế bào. Nhà sinh vật học Tiến sĩ Kenneth B. Storey đã tiến hành nghiên cứu chuyên sâu về hiện tượng "ếch đông lạnh" và tiết lộ những nguyên lý sinh học đằng sau hiện tượng này.
"Ếch gỗ có thể sống sót qua nhiều lần đóng băng/tan băng miễn là không quá 65% lượng nước trong cơ thể chúng bị đóng băng."
Còn được gọi là "gấu nước", tardigrade chống lại tình trạng đóng băng bằng cách thay thế phần lớn nước bên trong cơ thể bằng một loại đường gọi là trehalose, có tác dụng ngăn chặn sự hình thành các tinh thể băng. Những đặc tính mà các sinh vật này thể hiện không chỉ khơi dậy sự tò mò của các nhà khoa học mà còn cung cấp các giải pháp tiềm năng về cách phát triển các công nghệ bảo vệ đông lạnh mới.
Sự phát triển lịch sử của công nghệ làm lạnh
Nghiên cứu về công nghệ bảo quản lạnh có thể bắt nguồn từ những năm 1950. Một trong những lý thuyết sớm nhất được đưa ra bởi James Lovelock, người tin rằng tổn thương do đóng băng đối với các tế bào hồng cầu phần lớn là do tác động của áp suất thẩm thấu. Khi nghiên cứu ngày càng sâu hơn, công nghệ đông lạnh trứng đã dần hoàn thiện và bắt đầu mở rộng sang việc đông lạnh vật chất của con người. Vào năm 1954, ba lần thụ thai từ trứng giun đông lạnh đã chứng minh tính khả thi của công nghệ này.
"Năm 1967, James Bedford trở thành người đầu tiên được đông lạnh và hồi sinh, một sự kiện đánh dấu một thách thức mới cho công nghệ đông lạnh cơ thể."
Mặc dù công nghệ bảo quản lạnh đã phát triển nhanh chóng, nhưng nó vẫn đi kèm với nhiều rủi ro. Ví dụ, các tinh thể băng hình thành trong quá trình đông lạnh có thể gây tổn thương cho tế bào. Tuy nhiên, nhiều hiện tượng như hiệu ứng dung dịch, mất nước tế bào và hình thành tinh thể băng bên trong tế bào khiến công nghệ này khó áp dụng.
Các phương pháp chính để khắc phục rủi ro
Khi công nghệ đông lạnh ngày càng phát triển, các nhà khoa học đã phát triển một loạt các phương pháp hiệu quả để khắc phục những tổn thương do quá trình đông lạnh gây ra. Trong số đó, công nghệ đông lạnh lập trình chậm được sử dụng rộng rãi và quy trình của nó bao gồm làm lạnh chậm các tế bào xuống −196 °C trong nhiều giờ. Điều này không chỉ cho phép các tế bào thoát nước dần dần mà còn làm giảm tổn thương cơ học cho màng tế bào do sự hình thành các tinh thể băng.
"Bằng cách kiểm soát chặt chẽ tốc độ làm mát và sử dụng chất bảo vệ đông lạnh thích hợp, nhiều mẫu vật sinh học đã duy trì thành công chức năng và khả năng sống của chúng."
Mặt khác, sự ra đời của công nghệ thủy tinh hóa có thể ngăn ngừa hiệu quả sự hình thành các tinh thể băng trong quá trình đông lạnh. Công nghệ này được Greg Fahy và William F. Rall giới thiệu trong bảo quản đông lạnh sinh sản vào những năm 1980, cải thiện đáng kể khả năng sống sót tỷ lệ tế bào và mô.
Nhiều ứng dụng của công nghệ làm lạnh
Phạm vi ứng dụng của công nghệ đông lạnh cực kỳ rộng, từ tinh trùng, phôi đến trứng, thậm chí cả mô thực vật, tất cả đều có thể được bảo quản bằng phương pháp đông lạnh. Không chỉ vậy, vai trò của công nghệ này trong hỗ trợ sinh sản và y học sinh sản ngày càng trở nên quan trọng, mang lại nhiều hy vọng hơn cho khả năng sinh sản của con người.
"Ví dụ, thông qua bảo quản lạnh, đã có những trường hợp phôi thai được thụ thai thành công và sinh ra tự nhiên sau 27 năm."
Công nghệ đông lạnh cũng đóng góp đáng kể vào việc bảo vệ đa dạng sinh học và bảo quản hạt giống thực vật. Ngày nay, nhiều tổ chức xanh và nhà khoa học trên khắp thế giới đang nỗ lực tìm cách bảo tồn hiệu quả hơn các nguồn tài nguyên sinh thái để ứng phó với các mối đe dọa do biến đổi khí hậu và hoạt động của con người gây ra.
Với sự tiến bộ không ngừng của khoa học và công nghệ, chúng ta không khỏi tự hỏi liệu công nghệ đông lạnh có thể thực hiện được hoàn toàn việc hồi sinh các sinh vật trong tương lai hay không. Điều này sẽ thay đổi sự hiểu biết của con người về bản chất của sự sống và thái độ đối với thiên nhiên?
