Cryopreservation, pemeliharaan sel dan tisu dengan pembekuan.
Sir Ian Wilmut: Penyelidikan pendidikan dan kriopreservasi
Wilmut dibesarkan di Coventry, sebuah bandar di daerah bersejarah Inggeris di Warwickshire, dan dia menghadiri Agricultural College di Universiti
Cryopreservation didasarkan pada kemampuan molekul kecil tertentu untuk memasuki sel dan mencegah dehidrasi dan pembentukan kristal ais intraselular, yang dapat menyebabkan kematian sel dan pemusnahan organel sel semasa proses pembekuan. Dua agen cryoprotective biasa adalah dimetil sulfoksida (DMSO) dan gliserol. Gliserol digunakan terutamanya untuk krioproteksi sel darah merah, dan DMSO digunakan untuk perlindungan sel dan tisu lain. Gula yang disebut trehalose, yang terdapat pada organisma yang mampu bertahan dari dehidrasi yang melampau, digunakan untuk kaedah pengeringan beku dari cryopreservation. Trehalose menstabilkan membran sel, dan sangat berguna untuk pemeliharaan sperma, sel induk, dan sel darah.
Sebilangan besar sistem cryopreservation selular menggunakan pembeku dengan kadar terkawal. Sistem pembekuan ini menghantar nitrogen cair ke ruang tertutup di mana suspensi sel diletakkan. Pemantauan yang teliti terhadap kadar pembekuan membantu mencegah dehidrasi sel dan pembentukan kristal ais yang cepat. Secara umum, sel diambil dari suhu bilik hingga kira-kira −90 ° C (−130 ° F) di dalam peti sejuk dengan kadar terkawal. Suspensi sel beku kemudian dipindahkan ke dalam pembeku nitrogen cair yang dikekalkan pada suhu yang sangat sejuk dengan nitrogen dalam fasa wap atau cecair. Cryopreservation berdasarkan pengeringan beku tidak memerlukan penggunaan penyejuk cecair-nitrogen.
Aplikasi penting cryopreservation adalah dalam pembekuan dan penyimpanan sel stem hematopoietik, yang terdapat di sumsum tulang dan darah periferal. Dalam penyelamatan sumsum tulang autologous, sel stem hematopoietik dikumpulkan dari sumsum tulang pesakit sebelum rawatan dengan kemoterapi dosis tinggi. Selepas rawatan, sel-sel cryopreserve pesakit dicairkan dan dimasukkan kembali ke dalam badan. Prosedur ini diperlukan, kerana kemoterapi dosis tinggi sangat toksik bagi sumsum tulang. Keupayaan untuk cryopreserve sel induk hematopoietik telah meningkatkan hasil untuk rawatan limfoma tertentu dan keganasan tumor pepejal. Dalam kes pesakit dengan leukemia, sel darah mereka barah dan tidak dapat digunakan untuk penyelamatan sumsum tulang autologous. Akibatnya, pesakit-pesakit ini bergantung pada darah cryopreserve yang dikumpulkan dari tali pusat bayi yang baru lahir atau pada sel stem hematopoietik cryopreserve yang diperoleh dari penderma. Sejak akhir 1990-an, diakui bahawa sel stem hematopoietik dan sel stem mesenchymal (berasal dari tisu penghubung embrio) mampu membezakan tisu otot rangka dan jantung, tisu saraf, dan tulang. Hari ini terdapat minat yang kuat terhadap pertumbuhan sel-sel ini dalam sistem kultur tisu, dan juga dalam kriopreservasi sel-sel ini untuk terapi masa depan untuk pelbagai jenis gangguan, termasuk gangguan sistem saraf dan otot dan penyakit hati dan jantung.
Cryopreservation juga digunakan untuk membekukan dan menyimpan embrio dan sperma manusia. Ia sangat berguna untuk pembekuan embrio tambahan yang dihasilkan oleh persenyawaan in vitro (IVF). Pasangan boleh memilih untuk menggunakan embrio yang diawetkan untuk kehamilan kemudian atau sekiranya IVF gagal dengan embrio segar. Dalam proses pemindahan embrio beku, embrio dicairkan dan ditanam ke dalam rahim wanita. Pemindahan embrio beku dikaitkan dengan peningkatan kecil tetapi ketara dalam risiko barah kanak-kanak di kalangan kanak-kanak yang lahir dari embrio tersebut.
Hipotermia yang mendalam, bentuk cryopreservation ringan yang digunakan pada pesakit manusia, mempunyai aplikasi yang signifikan. Penggunaan umum hipotermia mendalam adalah untuk prosedur pembedahan kardiovaskular yang kompleks. Setelah pesakit ditempatkan di pintasan kardiopulmonari lengkap, menggunakan mesin jantung-paru, darah melewati ruang penyejuk. Penyejukan terkawal pesakit dapat mencapai suhu yang sangat rendah sekitar 10–14 ° C (50–57 ° F). Sejumlah penyejukan ini secara berkesan menghentikan semua aktiviti serebrum dan memberi perlindungan kepada semua organ penting. Apabila penyejukan yang melampau ini dapat dicapai, mesin paru-paru jantung dapat dihentikan, dan pakar bedah dapat memperbaiki kecacatan aorta dan jantung yang sangat kompleks semasa penahan peredaran darah. Selama ini, tidak ada darah yang beredar di dalam pesakit. Setelah operasi selesai, darah secara beransur-ansur dipanaskan di penukar haba yang sama yang digunakan untuk penyejukan. Pemanasan secara beransur-ansur kembali ke suhu badan yang normal mengakibatkan penyambungan semula fungsi otak dan organ yang normal. Hipotermia yang mendalam ini, bagaimanapun, jauh dari pembekuan dan pemeliharaan kriop jangka panjang.
Sel dapat hidup lebih dari satu dekad jika dibekukan dengan betul. Selain itu, tisu-tisu tertentu, seperti kelenjar paratiroid, urat, injap jantung, dan tisu aorta, dapat berjaya disimpan dengan selamat. Pembekuan juga digunakan untuk menyimpan dan mengekalkan daya tahan jangka panjang embrio manusia awal, ova (telur), dan sperma. Prosedur pembekuan yang digunakan untuk tisu ini sudah mapan, dan, dengan adanya agen cryoprotective, tisu dapat disimpan dalam jangka masa yang lama pada suhu −14 ° C (6.8 ° F).
Penyelidikan telah menunjukkan bahawa seluruh haiwan yang dibekukan tanpa adanya agen cryoprotective dapat menghasilkan sel-sel yang hidup yang mengandungi DNA yang utuh setelah pencairan. Sebagai contoh, inti sel otak dari tikus utuh yang disimpan pada suhu −20 ° C (−4 ° F) selama lebih dari 15 tahun telah digunakan untuk menghasilkan garis sel stem embrio. Sel-sel ini kemudian digunakan untuk menghasilkan klon tetikus.
