Новый способ «заморозки» клеток без криопротектора

Японские исследователи впервые продемонстрировали сохранение замороженных животных клеток без криопротектора (CPA) — вещества, защищающего биологический материал от повреждений при заморозке. Все традиционные методы требовали добавления CPA, который потенциально токсичен и может повреждать клетки. Новый метод основан исключительно на сверхбыстром охлаждении клеток и биологического материала в процессе заморозки. Безопасный метод заморозки без CPA может революционизировать хранение важного исследовательского и медицинского материала. Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) 1 апреля 2019 года.

Цель криоконсервации — сохранение биологических материалов (тканей, клеток млекопитающих, бактерий, грибов, растительных клеток, вирусов), включая стволовые клетки, сперму и эмбрионы, для исследований и клинического применения. Для выживания замороженных клеток вода внутри и вокруг них должна быть витрифицирована (превращена в стекловидное состояние или очень мелкие кристаллы). До сих пор этого добивались, добавляя в среду хотя бы один CPA.

В этом исследовании учёные достигли витрификации за счёт очень быстрой заморозки клеток. «Сверхбыстрое охлаждение намного быстрее стандартной скорости, используемой в криоконсервации. Мы называем это супермгновенной заморозкой — она позволяет почти витрифицировать и сохранить живые клетки без какого-либо криопротектора», — поясняет доктор Ёситакэ Акияма, ведущий автор работы.

Критическая скорость охлаждения, необходимая для сверхбыстрой заморозки без CPA, составляет 10 000 °C в секунду. Чтобы её достичь, исследователи использовали технологию струйной печати клеток (inkjet cell printing). Они выяснили, что «супермгновенная заморозка» достигается при размере капли менее 40 пиколитров.

Метод без CPA был успешно испытан на одной линии мышиных клеток с результатами, сравнимыми с заморозкой с CPA. Эффективность и широкую применимость метода также подтвердили на другой линии мышиных клеток и на мезенхимальных стволовых клетках крысы.

В будущем исследователи планируют применять метод для сохранения различных типов клеток, включая особо чувствительные к криопротекторам, например, плюрипотентные стволовые клетки или гемоциты, которые невозможно хранить обычными методами криоконсервации.