Использование ксенона для замораживания и хранения лейкоцитов

В области генетики и клеточной инженерии достигнут огромный прогресс на последние несколько десятилетий. Криоконсервация — один из плодов этого прогресса. Сегодня это главный и почти единственный способ сохранять клетки человеческого тела в течении длительного времени без изменений внутри них.

В качестве криопротекторов сегодня используются традиционные и хорошо изученные растворы, они могут быть токсичными и требуют дополнительно предварительной промывки биологического материала. Это может быть опасно для клеток и навредить биологическому материалу.

Однако недавно ученым удалось изобрести новый вариант криопротектора: соединения с белками. Эти малоизученные молекулы имеют большие перспективы в эффективном сохранении всех типов биологических объектов, даже крупных, при низких и сверхнизких температурах. И главный объект среди них — ксенон.

В 1980-х годах исследовательская группа обнаружила, что насыщение биологических объектов тяжелыми инертными газами, такими как аргон, криптон и ксенон, при низких температурах и высоком давлении позволяет им входить в состояние анабиоза без использования традиционных криозащитных агентов. Это явление связано со способностью газов и жидкостей образовывать соединения внутри клеток с их белками, способные эффективно защищать клетки при замораживании.

Недавно команда из США успешно криоконсервировала кардиомиоциты мыши (клетки сердца животного), используя ксенон-кислородную среду в барокамере в парах жидкого азота. Газовая смесь защитила митохондрии клеток и показала большой потенциал дальнейшего использования для сохранения тканей и органов человека.

Ксенон, в частности, оказался многообещающим криопротектором благодаря своей способности легко проникать в клетки, выводить внутриклеточную воду из метаболизма и способствовать образованию льда при замораживании, который не будет вредить живому организму. Он также химически инертен и обладает свойствами, которые не дают развиваться гипоксии.

Благодаря этим разработкам будущее криоконсервации выглядит более перспективно, чем когда-либо. Это исследование проложит путь к новым технологиям, которые позволят нам сохранить человеческие клетки, ткани и органы в течение более длительных периодов времени, потенциально произведя революцию в области медицины.

Однако любую теорию удобнее всего понимать и исследовать с помощью практики.
Например, вот один из недавних экспериментов по использованию ксенона в качестве агента для глубокой заморозки клеток живого организма.

Используя двухэтапный нелинейный протокол эксперимента, исследователи подвергли ядерные клетки крови воздействию ксенона под давлением 1 атм, заморозив их в ванне при -40°C, а затем в электрическом морозильнике при -80°C. Затем клетки нагревали до 20 °C, но, к сожалению, только 10−15% клеток выжили из-за интенсивного выделения ксенона на стадии нагревания.

После этого исследователи внесли некоторые коррективы в протокол, снизив давление газа и понизив температуру охлаждающей жидкости в процессе заморозки. В результате более половины из замороженных лейкоцитов и гранулоцитов (клеток иммунитета) оставались жизнеспособными при общем содержании клеток.

Но настоящий прорыв произошел на втором этапе исследования, когда снижение температуры охлаждающей жидкости до -40°С привело к значительному улучшению сохранности клеток иммунитета человека, уровень которых достиг внушительных 84%. Это произошло благодаря более быстрому охлаждению термостабильного замораживающего агента, что позволило ускорить процесс охлаждения и сохранить клетки в целости.

Таким образом, криотерапия — будущее клеточной и генной инженерии. На многие научные предприятия приобретается ксенон для дальнейших исследований и экспериментов. Удобнее всего это делать в газовых баллонах.