Команда японских исследователей впервые продемонстрировала сохранение замороженных клеток животных без криопротекторного агента (CPA), вещества, способного защитить биологический материал от повреждения при замерзании. Чтобы сохранить клетки живыми, все обычные методы замораживания необходимы для добавления CPA, который может быть потенциально токсичным и связанным с повреждением и гибелью клеток. Их метод основан только на сверхбыстром охлаждении — или действительно быстром замораживании — для клеток и жизненно важного биологического материала во время процесса замораживания. Безопасное замораживание без метода CPA не только изменит революцию в том, как хранятся важные научные и медицинские материалы, но и значительно улучшит любые и все методы исследования в этих областях. Исследование было опубликовано в трудах Национальной академии наук ( PNAS) 1 апреля 2019 г.

Целью криоконсервации — или хранения при низких температурах — является поддержание биологических материалов, включая ткани, клетки млекопитающих , бактерии, грибы, клетки растений и вирусы. Они также включают стволовые клеткисперматозоиды и эмбрионы, которые впоследствии могут быть использованы для исследовательских и / или клинических целей. При правильном выполнении и с учетом критериев, специфичных для клеток и тканей, криоконсервация является эффективным средством постоянного и длительного хранения и, таким образом, облегчает доступность тканей и генетически стабильных живых клеток для академических, промышленных и клинических исследований. Чтобы сохранить замороженные клетки живыми, вода внутри и снаружи этих клеток должна быть остеклована или превращена в действительно маленькие кристаллические структуры. Пока что это было достигнуто путем добавления в среду хотя бы одного КПЕС.

В этом исследовании исследователи смогли быстро заморозить клетки и добиться витрификации, аналогично использованию CPA. «Ультрабыстрое охлаждение намного быстрее, чем скорость охлаждения, которая обычно используется в криоконсервации. Мы называем это сверхбыстрым замораживанием, и оно может практически стекловать и криоконсервации живых клеток без какого-либо криопротекторного агента», — говорит Йошитаке Акияма, доктор философии, соответствующий автор и Доцент кафедры машиностроения и робототехники, факультет текстильной науки и техники, Университет Шиншу.

Критическая скорость охлаждения, требуемая для ультрабыстрого замораживания без CPA, составляет 10000 градусов Цельсия в секунду, и исследователи, чтобы достичь этого, использовали технологию струйной сотовой печати. С этим изобретательским подходом они неоднократно проверяли, как они могли бы минимизировать объект замораживания, и в конце концов обнаружили, что «замораживание суперфлеш» было реализовано с размером капель ниже 40 пиколитров.

Исследователи проверили их процедуру без CPA путем ультрабыстрого охлаждения одного вида клеток мыши и получили результаты, которые очень сопоставимы с замораживанием с помощью CPA. Этот метод был дополнительно подтвержден на другой линии клеток мыши и мезенхимальных стволовых клетках крысы, тем самым демонстрируя как эффективность, так и широкое применение.

В будущем исследователи надеются применить свой метод для сохранения различных типов клеток, в том числе тех, которые особенно чувствительны к процедуре криоконсервации. «Мы планируем использовать наш метод для криоконсервации других клеток, включая плюрипотентные стволовые клетки, чьи свойства, такие как стволовость и дифференцировка, как известно, чувствительны к СРА. Кроме того, мы считаем, что наш метод может быть подходящим для таких клеток, как гемоциты, которые не могут храниться по обычному методу криоконсервации , добавляет профессор Акияма.