الحفظ بالتبريد ، الحفاظ على الخلايا والأنسجة عن طريق التجميد.
السير إيان ويلموت: التعليم والتعليم وأبحاث الحفظ بالتبريد
نشأ ويلموت في كوفنتري ، وهي بلدة في مقاطعة وارويكشاير الإنجليزية التاريخية ، وحضر الكلية الزراعية في الجامعة
يعتمد الحفظ بالتبريد على قدرة بعض الجزيئات الصغيرة على دخول الخلايا ومنع الجفاف وتشكيل بلورات الثلج داخل الخلايا ، والتي يمكن أن تسبب موت الخلايا وتدمير عضيات الخلية أثناء عملية التجمد. هناك عاملان شائعان للحماية بالبرودة هما ثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO) والجليسرول. يستخدم الجلسرين في المقام الأول للحماية بالتبريد لخلايا الدم الحمراء ، ويستخدم DMSO لحماية معظم الخلايا والأنسجة الأخرى. يتم استخدام سكر يسمى طرهالوز ، والذي يحدث في الكائنات الحية القادرة على تحمل الجفاف الشديد ، لطرق التجفيف بالتجميد للحفظ بالتبريد. يستقر الطرهالوز في أغشية الخلايا ، وهو مفيد بشكل خاص في الحفاظ على الحيوانات المنوية والخلايا الجذعية وخلايا الدم.
تستخدم معظم أنظمة الحفظ بالتبريد الخلوي مجمدًا ذي معدل متحكم فيه. يوفر نظام التجميد هذا النيتروجين السائل في غرفة مغلقة يتم وضع تعليق الخلية فيها. تساعد المراقبة الدقيقة لمعدل التجميد على منع الجفاف الخلوي السريع وتكوين بلورات الجليد. بشكل عام ، يتم أخذ الخلايا من درجة حرارة الغرفة إلى −90 درجة مئوية تقريبًا (−130 درجة فهرنهايت) في ثلاجة ذات معدل متحكم فيه. يتم بعد ذلك نقل تعليق الخلية المجمدة إلى ثلاجة النيتروجين السائل التي يتم الحفاظ عليها في درجات حرارة شديدة البرودة مع النيتروجين إما في البخار أو في المرحلة السائلة. لا يتطلب الحفظ بالتبريد القائم على التجفيف بالتجميد استخدام مجمدات النيتروجين السائل.
أحد التطبيقات المهمة للحفظ بالتبريد هو تجميد وتخزين الخلايا الجذعية المكونة للدم ، والتي توجد في النخاع العظمي والدم المحيطي. في إنقاذ النخاع العظمي الذاتي ، يتم جمع الخلايا الجذعية المكونة للدم من نخاع العظم للمريض قبل العلاج بجرعة عالية من العلاج الكيميائي. بعد العلاج ، يتم إذابة خلايا المريض المحفوظة بالبرودة وإدخالها إلى الجسم. هذا الإجراء ضروري ، لأن العلاج الكيميائي بجرعة عالية سام للغاية لنخاع العظام. لقد عززت القدرة على حفظ الخلايا الجذعية المكونة للدم بشكل كبير نتائج علاج بعض الأورام اللمفاوية والأورام الخبيثة للأورام الصلبة. في حالة مرضى سرطان الدم ، تكون خلايا الدم لديهم سرطانية ولا يمكن استخدامها لإنقاذ نخاع العظم ذاتيًا. ونتيجة لذلك ، يعتمد هؤلاء المرضى على الدم المحفوظ بالتبريد الذي تم جمعه من الحبال السرية للرضع حديثي الولادة أو على الخلايا الجذعية المكونة للدم التي تم الحصول عليها من المتبرعين. منذ أواخر التسعينات ، تم التعرف على أن الخلايا الجذعية المكونة للدم والخلايا الجذعية الوسيطة (المستمدة من الأنسجة الضامة الجنينية) قادرة على التمييز في أنسجة العضلات الهيكلية والقلبية ، والأنسجة العصبية والعظام. اليوم هناك اهتمام كبير بنمو هذه الخلايا في أنظمة زراعة الأنسجة ، وكذلك في الحفظ بالتبريد لهذه الخلايا للعلاج في المستقبل لمجموعة واسعة من الاضطرابات ، بما في ذلك اضطرابات في الجهاز العصبي والعضلي وأمراض الكبد والقلب.
كما تستخدم الحفظ بالتبريد لتجميد وتخزين الأجنة البشرية والحيوانات المنوية. إنه ذو قيمة خاصة لتجميد الأجنة الإضافية التي يتم إنشاؤها بواسطة الإخصاب في المختبر (IVF). يمكن للزوجين اختيار استخدام الأجنة المحفوظة بالحاسوب في حالات الحمل اللاحقة أو في حالة فشل التلقيح الصناعي بأجنة جديدة. في عملية نقل الأجنة المجمدة ، يتم إذابة الأجنة وزرعها في رحم المرأة. يرتبط نقل الأجنة المجمدة بزيادة صغيرة ولكنها كبيرة في خطر الإصابة بسرطان الطفولة بين الأطفال الذين يولدون من هذه الأجنة.
انخفاض حرارة الجسم العميق ، وهو شكل من أشكال الحفظ بالتبريد الخفيف يستخدم في المرضى من البشر ، له تطبيقات مهمة. من الاستخدامات الشائعة لتحريض انخفاض حرارة الجسم العميق الإجراءات الجراحية القلبية الوعائية المعقدة. بعد وضع المريض على مجازة قلبية رئوية كاملة ، باستخدام جهاز القلب والرئة ، يمر الدم عبر غرفة التبريد. قد يصل تبريد المريض الخاضع للتحكم إلى درجات حرارة منخفضة للغاية تبلغ حوالي 10-14 درجة مئوية (50-57 درجة فهرنهايت). هذه الكمية من التبريد توقف بشكل فعال كل النشاط الدماغي وتوفر الحماية لجميع الأعضاء الحيوية. عندما يتم تحقيق هذا التبريد الشديد ، يمكن إيقاف جهاز القلب والرئة ، ويمكن للجراح تصحيح العيوب الأبهرية والقلبية المعقدة للغاية أثناء توقف الدورة الدموية. خلال هذا الوقت ، لا يتدفق الدم داخل المريض. بعد الانتهاء من الجراحة ، يتم تدفئة الدم تدريجيًا في نفس المبادل الحراري المستخدم للتبريد. يؤدي الاحترار التدريجي إلى درجات حرارة الجسم الطبيعية إلى استئناف وظائف المخ والأعضاء الطبيعية. ومع ذلك ، فإن انخفاض درجة حرارة الجسم العميق بعيد كل البعد عن التجميد والحفظ بالتبريد على المدى الطويل.
يمكن أن تعيش الخلايا أكثر من عقد إذا تم تجميدها بشكل صحيح. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يتم تجميد بعض الأنسجة ، مثل الغدد الجار درقية ، والأوردة ، والصمامات القلبية ، والأنسجة الأبهرية. يستخدم التجميد أيضًا لتخزين الأجنة البشرية المبكرة والبويضات (البويضات) والحيوانات المنوية والحفاظ عليها. إجراءات التجميد المستخدمة لهذه الأنسجة راسخة جيدًا ، وفي وجود عوامل واقية من البرودة ، يمكن تخزين الأنسجة على مدى فترات طويلة في درجات حرارة −14 درجة مئوية (6.8 درجة فهرنهايت).
أظهرت الأبحاث أن الحيوانات الكاملة المجمدة في غياب العوامل الواقية من البرودة يمكن أن تنتج خلايا قابلة للحياة تحتوي على حمض نووي سليم عند الذوبان. على سبيل المثال ، تم استخدام نوى خلايا الدماغ من الفئران الكاملة المخزنة عند -20 درجة مئوية (−4 درجة فهرنهايت) لأكثر من 15 عامًا لتوليد خطوط من الخلايا الجذعية الجنينية. تم استخدام هذه الخلايا لاحقًا لإنتاج استنساخ الفئران.
