Language
Country/Area
No result found
Điều kỳ diệu của đông lạnh sinh học: Tại sao một số sinh vật có thể sống sót ở -196°C?
Trong cộng đồng khoa học, công nghệ đông lạnh luôn là một hướng quan trọng trong việc khám phá sự tiếp diễn của sự sống. Đông lạnh sinh học, hay bảo quản lạnh, nhằm mục đích đông lạnh các tế bào, mô hoặc cơ quan để kéo dài thời hạn sử dụng của chúng. Công nghệ này cho phép ngăn chặn hiệu quả mọi quá trình trao đổi chất của tế bào có thể làm hỏng vật liệu sinh học ở nhiệt độ thấp (thường là -80°C hoặc -196°C khi sử dụng nitơ lỏng).
Công nghệ này không chỉ đóng vai trò quan trọng trong việc bảo quản các mẫu sinh học mà còn đóng vai trò rất lớn trong việc vận chuyển các mẫu sinh học đi một khoảng cách xa. Đối với cú sốc thẩm thấu và căng thẳng vật lý mà tế bào phải trải qua trong quá trình đóng băng, các nhà nghiên cứu thường bổ sung một số phân tử đặc biệt gọi là chất bảo vệ lạnh (CPA) để giảm những rủi ro này. Những chất bảo vệ lạnh này chủ yếu được lấy cảm hứng từ các sinh vật chịu lạnh trong tự nhiên, chẳng hạn như cây cối, ếch gỗ và gấu nước.
"Các vi sinh vật như gấu nước chống lại sự đóng băng bằng cách thay thế phần lớn nước bên trong chúng bằng đường, giúp ngăn chặn sự kết tinh xảy ra, có thể gây tổn thương màng tế bào."
Ví dụ về bảo quản lạnh tự nhiên
Trong tự nhiên, nhiều sinh vật có khả năng chống băng giá đáng kinh ngạc. Ví dụ, ếch gỗ có thể tích lũy urê trong máu và các mô khác để chuẩn bị cho mùa đông. Glycogen trong gan cũng được chuyển hóa ồ ạt thành glucose khi gặp phải sự hình thành các tinh thể băng bên trong. Những chất này đều hoạt động như chất bảo vệ lạnh, hạn chế sự hình thành băng và giảm sự co rút thẩm thấu của tế bào. Nghiên cứu cho thấy ếch có thể trải qua nhiều đợt đóng băng và tan băng vào mùa đông, với điều kiện 65% lượng nước trong cơ thể chúng không bị đóng băng.
Lịch sử bảo quản lạnh
Đối với lý thuyết ban đầu về bảo quản lạnh, James Lovelock đã đề xuất vào năm 1953 rằng sự tổn hại của tế bào hồng cầu trong quá trình đông lạnh chủ yếu là do áp suất thẩm thấu. Ông đã tiến hành một loạt thí nghiệm và xác nhận rằng một số loài động vật (chẳng hạn như chuột đồng) có thể chịu được 60% lượng nước đóng băng khi làm lạnh chậm.
Với sự tiến bộ của công nghệ đông lạnh, việc bảo quản lạnh các vật liệu cơ thể con người bắt đầu bước vào giai đoạn ứng dụng vào năm 1954. Sau đó, vào năm 1966, những hài cốt đầu tiên của con người được bảo quản lạnh. Năm 1967, thi thể của James Bedford trở thành thi thể đầu tiên trong lịch sử được bảo quản lạnh với hy vọng có thể hồi sinh trong tương lai.
Rủi ro trong quá trình bảo quản lạnh
Trong quá trình bảo quản lạnh, tế bào có thể gặp một số rủi ro hư hỏng, bao gồm hiệu ứng dung dịch, hình thành tinh thể băng ngoại bào, mất nước và hình thành tinh thể băng nội bào. Mặc dù các tác dụng này có thể được giảm bớt bằng chất bảo vệ lạnh, nhưng khi đông lạnh, tác dụng bảo vệ của vật liệu được bảo quản khỏi bị hư hại thêm sẽ được tăng cường.
"Khi tế bào bị đóng băng, nếu tốc độ làm lạnh đủ chậm, nước có thể rời khỏi tế bào đủ để tránh hình thành các tinh thể băng chết người bên trong."
Các phương pháp phòng ngừa chính rủi ro bảo quản lạnh
Các kỹ thuật chính để ngăn ngừa hư hỏng do đóng băng bao gồm tốc độ làm lạnh được kiểm soát và đóng băng chậm, cũng như một kỹ thuật mới hơn gọi là thủy tinh hóa. Công nghệ đông lạnh lập trình chậm đã được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực bao gồm con người, động vật và sinh học tế bào.
Quá trình thủy tinh hóa làm nguội mẫu nhanh chóng và ngăn chặn sự hình thành các tinh thể băng, từ đó giảm thiểu hư hỏng có thể xảy ra trong quá trình đông lạnh. Công nghệ này đã được giới thiệu để bảo quản lạnh sinh sản từ giữa những năm 1980 và cho đến nay đã được sử dụng thành công trong nhiều thực hành lâm sàng khác nhau.
Tầm quan trọng của bảo quản lạnh đối với công nghệ sinh học
Với sự phát triển của khoa học công nghệ, việc ứng dụng bảo quản lạnh không chỉ giới hạn ở việc bảo quản các mẫu sinh học mà còn mở rộng sang các lĩnh vực như liệu pháp gen và nghiên cứu tế bào gốc. Công nghệ bảo quản lạnh mở ra triển vọng rộng lớn cho nghiên cứu sinh học và ứng dụng lâm sàng trong tương lai.
Đối với nhiều người hoặc sinh vật đang phải đối mặt với các mối đe dọa hiện hữu, sự tiến bộ của công nghệ này đồng nghĩa với việc có thể tìm thấy những khả năng sống mới trong tương lai. Điều này có đáng để suy ngẫm không?
