Исследование проливает свет на альтернативный, более удобный метод сохранения клеток

Исследователи из Университета штата Орегон сделали важный шаг к более удобному и менее затратному способу сохранения клеток млекопитающих для экстракорпорального оплодотворения, сохранения видов, клеточной терапии и других целей.

Этот метод — десикация (удаление воды из клеток) — показывает потенциал как альтернатива криоконсервации с использованием жидкого азота.

Результаты недавно опубликованы в PLOS One.

Температура кипения жидкого азота составляет минус 320 градусов по Фаренгейту, тогда как высушенные клетки можно хранить в обычных морозильных или холодильных камерах.

«Хранение в жидком азоте относительно дорого, а требование низких температур при транспортировке неудобно», — говорит автор-корреспондент Адам Хиггинс, доцент биоинженерии в OSU.

Для стабилизации клеток в высушенном состоянии необходимо удалить достаточно воды, чтобы оставшаяся матрица образовала некристаллическое, стеклообразное твердое тело.

«Одной из важнейших характеристик раствора для десикации является его способность образовывать это стекло, — объясняет Хиггинс. — Именно это фиксирует молекулярную структуру и предотвращает деградационные химические реакции. Таким образом, температура стеклования — точка, в которой образуется стеклообразное твердое тело — является ключевым параметром для разработки процедур десикации клеток. Именно эта температура в конечном итоге определяет подходящую температуру хранения биологического образца».

Хиггинс с коллегами из инженерного колледжа OSU, Университета Огасты и Университета Вилланова изучили температуры стеклования различных возможных сред для десикации и то, как содержание влаги влияет на эти температуры.

«Мы определенно сделали шаг к пониманию температур стеклования этих смесей», — заявил он.

Исследователи изучили водные растворы сахаров и полимеров, а также соединений, которые могут проникать через клеточную мембрану и используются в криоконсервации: этиленгликоль, пропиленгликоль и диметилсульфоксид (ДМСО).

Растворы высушивали до разного содержания влаги, а затем измеряли температуру стеклования с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии.

«Данные по стеклованию для сложных многокомпонентных растворов относительно скудны, — отмечает Хиггинс. — Но, как и ожидалось, температура стеклования увеличивалась с уменьшением содержания влаги».

Например, в среде, содержащей 0.1 M трегалозу в фосфатно-солевом буфере, температура варьировалась от примерно 360 Кельвинов для полностью сухого образца до примерно 220 К при массовой доле воды 0.4. Ноль градусов Кельвина — это абсолютный ноль, равный минус 273.15 °C.

«Добавление полимеров в растворы повышало температуру стеклования. Добавление проникающих криопротекторов — снижало её», — сообщил учёный.

В целом исследователи обнаружили, что использованные полимеры — поливинилпирролидон (ПВП) и фиколл — оказывали стабилизирующий эффект. Их добавление в среду для десикации, содержащую трегалозу и фосфатно-солевой буфер, значительно повышало температуру стеклования при любом содержании влаги.

Добавление ДМСО, этиленгликоля или пропиленгликоля в смесь снижало температуру стеклования, и это снижение зависело от концентрации.

«Считается, что для стабильного хранения в высушенном состоянии температура стеклования должна быть примерно на 50 градусов Кельвина выше температуры хранения, — поясняет Хиггинс. — Таким образом, раствору для десикации, содержащему 0.1 M трегалозу и 10% ПВП в фосфатно-солевом буфере, потребуется высушивание до массовой доли воды около 5% для стабильного хранения при комнатной температуре. Для хранения в холодильнике достаточно высушивания примерно до 9% содержания воды. Добавление проникающих через мембрану криопротекторов может защитить внутриклеточные органеллы, но увеличивает степень высушивания, необходимую для стабильности».

Результаты показывают, что хранение при комнатной температуре раствора для десикации, содержащего 0.25 M криопротекторов, нецелесообразно. Однако, по-видимому, возможно добиться стабильного хранения такого раствора в стандартном холодильнике или морозильной камере после высушивания до массовых долей воды около 3% и 6% соответственно.

«Эти примеры иллюстрируют потенциал наших результатов для облегчения разработки перспективных многокомпонентных смесей для десикации клеток», — заключает Хиггинс.