Crioconservazione, conservazione di cellule e tessuti mediante congelamento.
Sir Ian Wilmut: educazione e ricerca sulla crioconservazione
Wilmut è cresciuto a Coventry, una città nella storica contea inglese del Warwickshire, e ha frequentato il Agricultural College dell'Università
La crioconservazione si basa sulla capacità di alcune piccole molecole di entrare nelle cellule e prevenire la disidratazione e la formazione di cristalli di ghiaccio intracellulari, che possono causare la morte cellulare e la distruzione degli organelli cellulari durante il processo di congelamento. Due agenti crioprotettivi comuni sono il dimetilsolfossido (DMSO) e il glicerolo. Il glicerolo viene utilizzato principalmente per la crioprotezione dei globuli rossi e il DMSO viene utilizzato per la protezione della maggior parte delle altre cellule e tessuti. Uno zucchero chiamato trealosio, che si presenta in organismi in grado di sopravvivere a un'estrema disidratazione, viene utilizzato per metodi di liofilizzazione della crioconservazione. Il trealosio stabilizza le membrane cellulari ed è particolarmente utile per la conservazione di spermatozoi, cellule staminali e cellule del sangue.
La maggior parte dei sistemi di crioconservazione cellulare utilizza un congelatore a velocità controllata. Questo sistema di congelamento fornisce azoto liquido in una camera chiusa in cui è posizionata la sospensione cellulare. Un attento monitoraggio del tasso di congelamento aiuta a prevenire la rapida disidratazione cellulare e la formazione di cristalli di ghiaccio. In generale, le celle vengono portate dalla temperatura ambiente a circa -90 ° C (-130 ° F) in un congelatore a velocità controllata. La sospensione cellulare congelata viene quindi trasferita in un congelatore liquido-azoto mantenuto a temperature estremamente fredde con azoto nella fase vapore o liquido. La crioconservazione basata sul liofilizzazione non richiede l'uso di congelatori di azoto liquido.
Un'importante applicazione della crioconservazione è il congelamento e la conservazione delle cellule staminali ematopoietiche, che si trovano nel midollo osseo e nel sangue periferico. Nel salvataggio autologo del midollo osseo, le cellule staminali ematopoietiche vengono raccolte dal midollo osseo di un paziente prima del trattamento con chemioterapia ad alte dosi. Dopo il trattamento, le cellule crioconservate del paziente vengono scongelate e reinfuse nel corpo. Questa procedura è necessaria, poiché la chemioterapia ad alte dosi è estremamente tossica per il midollo osseo. La capacità di crioconservare le cellule staminali ematopoietiche ha notevolmente migliorato l'esito per il trattamento di alcuni linfomi e tumori solidi del tumore. Nel caso di pazienti con leucemia, le loro cellule del sangue sono cancerose e non possono essere utilizzate per il salvataggio autologo del midollo osseo. Di conseguenza, questi pazienti si affidano al sangue crioconservato raccolto dalle corde ombelicali dei neonati o alle cellule staminali emopoietiche crioconservate ottenute dai donatori. Dalla fine degli anni '90 è stato riconosciuto che le cellule staminali ematopoietiche e le cellule staminali mesenchimali (derivate dal tessuto connettivo embrionale) sono in grado di differenziarsi in tessuti muscolari scheletrici e cardiaci, tessuto nervoso e ossa. Oggi c'è un intenso interesse per la crescita di queste cellule nei sistemi di coltura tissutale, così come nella crioconservazione di queste cellule per la futura terapia per una vasta gamma di disturbi, inclusi disturbi dei sistemi nervoso e muscolare e malattie del fegato e del cuore.
La crioconservazione viene anche utilizzata per congelare e conservare embrioni e spermatozoi umani. È particolarmente utile per il congelamento di embrioni extra generati dalla fecondazione in vitro (FIV). Una coppia può scegliere di usare embrioni cripreservati per le gravidanze successive o nel caso in cui la fecondazione in vitro fallisca con embrioni freschi. Nel processo di trasferimento di embrioni congelati, gli embrioni vengono scongelati e impiantati nell'utero della donna. Il trasferimento di embrioni congelati è associato a un piccolo ma significativo aumento del rischio di cancro infantile tra i bambini nati da tali embrioni.
L'ipotermia profonda, una forma di lieve crioconservazione utilizzata nei pazienti umani, ha applicazioni significative. Un uso comune di induzione di ipotermia profonda è per complesse procedure chirurgiche cardiovascolari. Dopo che il paziente è stato posto su un bypass cardiopolmonare completo, usando una macchina cuore-polmone, il sangue passa attraverso una camera di raffreddamento. Il raffreddamento controllato del paziente può raggiungere temperature estremamente basse di circa 10–14 ° C (50–57 ° F). Questa quantità di raffreddamento arresta efficacemente tutta l'attività cerebrale e fornisce protezione a tutti gli organi vitali. Una volta raggiunto questo raffreddamento estremo, la macchina cuore-polmone può essere fermata e il chirurgo può correggere difetti aortici e cardiaci molto complessi durante l'arresto circolatorio. Durante questo periodo, all'interno del paziente non circola sangue. Al termine dell'intervento, il sangue viene gradualmente riscaldato nello stesso scambiatore di calore utilizzato per il raffreddamento. Il riscaldamento graduale alle normali temperature corporee provoca la ripresa delle normali funzioni cerebrali e degli organi. Questa profonda ipotermia, tuttavia, è ben lontana dal congelamento e dalla crioconservazione a lungo termine.
Le cellule possono vivere più di un decennio se adeguatamente congelate. Inoltre, alcuni tessuti, come le ghiandole paratiroidi, le vene, le valvole cardiache e il tessuto aortico, possono essere crioconservati con successo. Il congelamento viene anche utilizzato per conservare e mantenere la vitalità a lungo termine di embrioni, ovuli (uova) e spermatozoi umani primitivi. Le procedure di congelamento utilizzate per questi tessuti sono ben stabilite e, in presenza di agenti crioprotettivi, i tessuti possono essere conservati per lunghi periodi di tempo a temperature di -14 ° C (6,8 ° F).
La ricerca ha dimostrato che interi animali congelati in assenza di agenti crioprotettivi possono produrre cellule vitali contenenti DNA intatto dopo lo scongelamento. Ad esempio, nuclei di cellule cerebrali di topi interi conservati a -20 ° C (-4 ° F) per più di 15 anni sono stati usati per generare linee di cellule staminali embrionali. Queste cellule sono state successivamente utilizzate per produrre cloni di topo.
