שימור קריוטי

שימור קריוטי, שימור תאים ורקמות על ידי הקפאה.

סר איאן וילמוט: חינוך ומחקר שימור קריאה

וילמוט גדל בקובנטרי, עיירה במחוז האנגלי ההיסטורי וורוויקשייר, והוא למד במכללה החקלאית באוניברסיטה

שימור קריוטי מבוסס על היכולת של מולקולות קטנות מסוימות להיכנס לתאים ולמנוע התייבשות והיווצרות של גבישים קרחיים תוך תאיים, העלולים לגרום למוות של תאים ולהרס של אברי תאים בתהליך ההקפאה. שני חומרים שכיחים להגנה מפני קריאה הם דימתיל סולפוקסיד (DMSO) וגליצרול. הגליצרול משמש בעיקר להגנה נגד קריאה של תאי דם אדומים, ו- DMSO משמש להגנה על מרבית התאים והרקמות האחרות. סוכר הנקרא טרלהוז, המופיע באורגניזמים המסוגל לשרוד התייבשות קיצונית, משמש לשיטות ייבוש הקפאה לשימור הקריאה. טרלהוז מייצב את קרומי התאים, והוא שימושי במיוחד לשימור הזרע, תאי הגזע ותאי הדם.

מרבית מערכות שימור הקריאה הסלולרית משתמשים במקפיא בקצב מבוקר. מערכת הקפאה זו מספקת חנקן נוזלי לתא סגור לתוכו ממוקם השעיית התא. מעקב קפדני אחר קצב ההקפאה מסייע במניעת התייבשות תאית מהירה ויצירת גביש קרח. באופן כללי, התאים נלקחים מטמפרטורת החדר לכ- 90 ° C (-130 מעלות צלזיוס) במקפיא בקצב מבוקר. לאחר מכן מועבר ההשעיה של התא הקפוא למקפיא חנקן נוזלי המוחזק בטמפרטורות קרות במיוחד עם חנקן באחד מהאדים או בשלב הנוזל. שימור קריוסטי על בסיס ייבוש הקפאה אינו מצריך שימוש במקפיאים חנקן נוזלי.

יישום חשוב של שימור הקריאה הוא בהקפאה ואחסון של תאי גזע המטופויטיים, שנמצאים במח העצם ובדם ההיקפי. בהצלת מוח עצם אוטולוגית, תאי גזע המטופואטיים נאספים ממח העצם של המטופל לפני הטיפול בכימותרפיה במינון גבוה. לאחר הטיפול, תאיו המוכרים של הקריאו מופשרים ומועברים חזרה לגוף. הליך זה הכרחי, מכיוון שכימותרפיה במינון גבוה רעילה ביותר למח העצם. היכולת לשמר את התאים הגזע ההמטופואטיים הביולוגית שיפרה מאוד את התוצאה לטיפול בלימפומות מסוימות וממאירות גידולים מוצקים. במקרה של חולי לוקמיה, תאי הדם שלהם הם סרטניים ולא ניתן להשתמש בהם להצלת מח עצם אוטולוגית. כתוצאה מכך, חולים אלו מסתמכים על דם שמור בקריו-נמרץ שנאסף מיתרי הטבור של תינוקות שזה עתה נולדו או על תאי גזע המטוקויטים המוכרים על-פי קריאה שהתקבלו מתורמים. מאז סוף שנות התשעים הוכר כי תאי גזע המטופויטיים ותאי גזע מזנכימליים (הנגזרים מרקמת חיבור עוברית) מסוגלים להתמיין ברקמות שרירים שלד ושל לב, רקמת עצב ועצם. כיום יש אינטרס אינטנסיבי בגדילת תאים אלה במערכות תרבית רקמות, כמו גם בשימור הקריאה של תאים אלה לטיפול עתידי במגוון רחב של הפרעות, כולל הפרעות במערכת העצבים והשרירים ומחלות הכבד והלב..

שימור קריאה משמש גם להקפאת ואחסון עוברים וזרע אנושיים. זה חשוב במיוחד להקפאת עוברים נוספים הנוצרים על ידי הפריה חוץ גופית (IVF). בני זוג יכולים לבחור להשתמש בעוברים שהוקמו על ידי Cyro בהריונות מאוחרים יותר, או במקרה בו הפריה חוץ גופית תיכשל עם עוברים טריים. בתהליך העברת עוברים קפואים עוברים מופשרים ומושתלים אל תוך הרחם של האישה. העברת עוברים קפואים קשורה לעלייה קטנה אך משמעותית בסיכון לחלות בסרטן בילדים בקרב ילדים שנולדו מעוברים כאלה.

ליישום של היפותרמיה עמוקה, סוג של שימור קריאה קל בשימוש בחולים אנושיים, יש יישומים משמעותיים. שימוש נפוץ בהשראת היפותרמיה עמוקה הוא לניתוחים מורכבים של לב וכלי דם. לאחר שהמטופל הוצב על עקיפה מוחלטת של הלב-ריאה, באמצעות מכונה לב-ריאה, הדם עובר דרך תא קירור. קירור מבוקר של המטופל עשוי להגיע לטמפרטורות נמוכות במיוחד בסביבות 10-14 מעלות צלזיוס. כמות קירור זו עוצרת למעשה את כל הפעילות המוחית ומספקת הגנה על כל האיברים החיוניים. כאשר הושגה קירור קיצוני זה, ניתן להפסיק את מכונת הריאות בלב, והמנתח יכול לתקן ליקויים אורטיים ולביים מורכבים מאוד במהלך דום הדם. במהלך תקופה זו, אין דם זורם בתוך המטופל. לאחר סיום הניתוח, מחממים את הדם בהדרגה באותו מחליף חום המשמש לקירור. התחממות הדרגתית בחזרה לטמפרטורות הגוף הרגילות מביאה לחידוש תפקודי המוח והאיבר הרגילים. עם זאת, ההיפותרמיה העמוקה הזו רחוקה מאוד מקפיאה ושמירה על קריאה לטווח הארוך.

תאים יכולים לחיות יותר מעשור אם הם קפואים כראוי. בנוסף, ניתן לשמר בהצלחה קריאה מסוימת של רקמות מסוימות, כמו בלוטות התריס, ורידים, שסתומי לב ורקמת אבי העורקים. הקפאה משמשת גם לאחסון ושמירה על כדאיות ארוכת טווח של עוברים אנושיים מוקדמים, ביציות (ביציות) וזרע. נהלי ההקפאה המשמשים לרקמות אלו הינם מבוססים היטב, ובנוכחות חומרים הגנת קריוטיקה ניתן לאחסן את הרקמות לאורך פרקי זמן ארוכים בטמפרטורות של -14 מעלות צלזיוס.

מחקרים הראו כי בעלי חיים שלמים שהוקפאו בהיעדר חומרים מגן נגד קריוטה יכולים להניב תאים קיימא המכילים DNA שלם לאחר הפשרתם. לדוגמה, גרעינים של תאי מוח מעכברים שלמים המאוחסנים ב- 20 מעלות צלזיוס במשך יותר מ 15 שנה שימשו לייצור שורות של תאי גזע עובריים. לאחר מכן משתמשים בתאים אלה לייצור שיבוטים בעכבר.