تقنيات حفظ الانسجة بالتجميد
الحفظ بالتبريد هو حفظ الخلايا والأنسجة بالتجمد. الحفظ بالتبريد يعتمد على قدرة جزيئات صغيرة لدخول الخلايا ومنع الجفاف وتشكل بلورات الثلج داخل الخلايا، الذي يمكن أن يسبب موت الخلايا وتدمير العضيات الخلوية خلال عملية التجمد. هناك عاملين شائعين للحماية بالتبريد وهما ثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO) والغليسرول.
كيف يتم الحفظ بالتجميد
الغليسرول يستعمل بشكل أساسي للحماية بالتبريد للخلايا الحمراء، وثنائي ميثيل سلفوكسيد يستعمل لحماية الخلايا الأخرى والأنسجة. هناك سكر يسمى ترهالوز، يتواجد عند الكائنات الحية القادرة على النجاة في ظروف الجفاف الشديدة، يستعمل في طرق التجميد للحفظ بالتبريد. ترهالوز يحفظ توازن الأغشية الخلوية، وهو يكون مفيدا لحفظ النطاف، الخلايا الجذعية، وخلايا الدم.
معظم أنظمة الحفظ بالتبريد الخلوية تستعمل ثلاجة ذات معدل يتحكم فيه. نظام التجميد يعطي نيتروجين سائل في حجرة معلقة يتم فيها تعليق الخلية. المراقبة الحذرة لمستوى التجميد يساعد في منع الجفاف السريع للخلايا وتشكيل بلورات الثلج.
بشكل عام، الخلايا تكون مأخوذة من درجة حرارة الغرفة إلى درجة حرارة −90 °C (−130 °F) بثلاجة يتم التحكم بمستواها. تعليق الخلية المجمدة ينتقل إلى ثلاجة تحوي النيتروجين السائل في درجات حرارة باردة جدا إما على شكال بخار أو على شكل سائل. الحفظ بالتبريد الذي يعتمد على تقنية الثلاجة المجففة لا يتطلب استعمال ثلاجات النيتروجين السائل.
تطبيقات الحفظ بالتجميد
حفظ الخلايا الجذعية
تطبيق مهم من الحفظ بالتبريد هو تجميد وتخزين الخلايا الجذعية المشكلة للدم، التي تتواجد في نقي العظم والدم المحيطي. في إنقاذ النخاع العظمي الذاتي، الخلايا الجذعية المكونة للدم تجمع من نقي العظم للمريض قبل البدء بالمعالجة الكيميائية. بعد العلاج، خلايا المريض المحفوظة بالتبريد تذوب وتدخل في الجسم. هذه العملية ضرورية جدا، لأن الجرعة العالية من العلاج الكيميائي تكون سامة لنقي العظم.
القدرة على حفظ الخلايا الجذعية المكونة للدم قد حسنت من نتائج علاج بعض الأورام اللمفاوية والأورام السرطانية الصلبة. بحالة مريض اللوكيميا، خلاياهم الدموية تكون سرطانية ولا يمكن أن تستخدم من أجل إنقاذ نقي العظم الذاتي.
كنتيجة، هؤلاء المرضى يعتمدون على الدم المحفوظ بالتبريد من الحبال السرية لأطفال مولودين حدثا أو خلايا جذعية مكونة للدم محفوظة بالتبريد من المتبرعين. منذ التسعينات في القرن الماضي تم إدراك أن الخلايا الجذعية المكونة للدم والخلايا الجذعية الميزانشيمية (المشتقة من النسيج الضام الجنيني) يمكنها التمايز إلى أنسجة عضلات قلبية وعضلات هيكلية، نسيج عصبي، وعظم.
اليوم هناك اهتمام كبير في تطور هذه الخلايا في أنظمة زراعة الأنسجة، بالإضافة إلى أن الحفظ بالتبريد لهذه الخلايا يمكن ان يكون علاجا مستقبليا للعديم من الأمراض، متضمنة أمراض الجهاز العصبي والعضلي وامراض الكبد والقلب.
حفظ الأجنة البشرية
الحفظ بالتبريد أيضا يستخدم لتجميد وتخزين نطاف وأجنة الإنسان. هذه التقنية مهمة جدا لتجميد الأجنة الإضافية التي تم إنتاجها من الإخصاب في المختبر. يمكن أن يختار الزوجين استعمال الأجنة المحفوظة بالتبريد لحمول لاحقة او في حال فشل الإخصاب في المختبر بالأجنة الطبيعية. خلال عملية تحول الأجنة المجمدة، الأجنة يتم زرعها في رحم المرأة. نقل الأجنة المجمدة يترافق مع زيادة طفيفة ولكن مهمة في خطر سرطان الأطفال بين الأطفال الذين ولدوا من أجنة كهذه.
انخفاض حرارة الجسم العميق
هو نوع من الحفظ بالتبريد الذي يستعمل عند المرضى ولديه تطبيقات عدة. الاستخدام الواسع للتحريض لانخفاض الحرارة العميق هو في العمليات الجراحية المعقدة للقلب والاوعية الدموية. بعد أن يتم وضع المريض مجرى قلبي هوائي جانبي كامل من خلال جهاز قلبي رئوي، الدم يمر من خلال غرفة التبريد.
التحكم بالتبريد يمكن أن يصل عند المريض لدرجات حرارة منخفضة جدا تصل إلى حوالي 10–14 °C (50–57 °F). هذه الكمية من التبريد توقف كل النشاطات الدماغية وتوفر الحماية للأعضاء المهمة. عندما تتحقق هذه الدرجة العالية من التبريد، جهاز القلب والرئتين يمكن أن يتوقف حينها، يمكن عندها أن يقوم الجراح بتصحيح العيوب القلبية والابهرية المعقدة للغاية خلال توقف الدورة الدموية.
خلال هذه الوقت، لا يتم تدفق الدم في المريض. بعد انتهاء الجراحة، يتم رفع درجة حرارة الدم تدريجيا بنفس الآلة التي استعملت للتبريد. التدفئة بالتدريج للعودة إلى درجة حرارة الجسم الطبيعية ينتج عنها استئناف لوظائف المخ والأعضاء. مع ذلك انخفاض درجة الحرارة العميق بعيد كل البعد عن التجميد والحفظ بالتبريد على المدى الطويل.
أهمية الحفظ بالتجميد
الخلايا يمكن أن تعيش لعقود إذا تم تجميدها بشكل صحيح. بالإضافة إلى ذلك، بعض أنواع النسج، كالغدد نظيرة الدرقية، الأوردة، الصمامات القلبية، والنسيج الأبهري يمكن أن يتم حفظها بالتبريد بنجاح. التجميد يستعمل أيضا لتخزين والمحافظة على قابلية البقاء للمدى الطويل للأجنة البشرية المبكرة، البيوض، والنطاف. عملية التجميد التي تستعمل لأجل هذه النسج تنجح بشكل جيد، وبوجود عوامل الحفظ بالتبريد ، النسج يمكن أن تخزن لفترات طويلة بدرجات حرارة −14 °C (6.8 °F).
الأبحاث أظهرت أن الحيوانات المجمدة بغياب عوامل الحفظ بالتبريد يمكن ان تنتج خلايا قابلة للحياة تحوي حمض نووي سليم (الدنا) عند الذوبان. على سبيل المثال، أنوية الخلايا الدماغية من الفئران المخزنة بدرجة حرارة −20 °C (−4 °F) لأكثر من 15 عاما تم استعمالها لتوليد الخلايا الجذعية الجنينية. هذه الخلايا تم استعمالها بعد ذلك لإنتاج نسخ الفئران.
إجراءات الحفظ بالتبريد
الحفظ بالتبريد هو استعمال درجات حرارة منخفضة للحفاظ على حياة الكائنات الحية والأنسجة لفترة طويلة من الوقت. اعتمادا على أنواع الخلايا بين أنواع الثدييات المختلفة، هناك تنوع كبير في الاستجابة للحفظ بالتبريد والنجاة عملية التجميد والإذابة. تقنية الحفظ بالتبريد يمكن أن تقسم إلى أنواع عدة وهي:
- التجميد البطيء
- التزجيج (التحول إلى زجاج) الذي ينطوي على ترسيخ الوسط المائي للخلية او النسج في مرحلة زجاجية غير بلورية
- التخزين غير المتجمد تحت الصفر
- الحفاظ على النسج في بيئة جافة.
بشكل عام، الحفاظ على الخلايا في الثدييات في البيئة الجافة ليس جاهزا بعد بسبب الصعوبات في تقديم سكر الترهالوز والاحماض الأمينية (تستخدم كمواد حافظة في النباتات) في الوسط داخل الخلوي.
خطوات الحفظ بالتجميد
- مزج ال عوامل التبريد مع الخلايا والانسجة قبل التبريد
- تبريد الخلايا أو الأنسجة في درجة حرارة منخفضة وتخزينها
- تدفئة الخلايا والأنسجة
- إزالة عوامل التبريد من الخلايا أو الأنسجة بعد الإذابة.
- الاستخدام الصحيح لعوامل التبريد مهم في تحسين قابلية الحياة للعينة التي تم حفظها بالتبريد.
سلبيات الحفظ بالتجميد
الآلية الدقيقة للأذى بسبب البرد والذي هو أذى الخلايا المترافق مع التغيرات المرحلية من الماء في كلا البيئات داخل الخلوية وخارجها في درجات الحرارة المنخفضة لم يثبت بشكل واضح. سرعات التبريد والإذابة يمكن ان تؤثر على التفاعلات الفيزيائية الحيوية والكيمياء الفيزيائية، وهذا يؤثر على معدل النجاة. الآلية الأذى بالبرد تتضمن تزق تناضحي ناجم عن المواد المذابة المركزة داخل الخلايا وتشكيل بلورات الثلج داخل الخلايا.
هذه العمليات تتعلق بدرجة التبريد. بالإضافة إلى ذلك، حدود القابلية للحياة عند الخلايا يتم وصفها بشكل أساسي بظروف الغشاء البلازمي السليم الذي يملك خصائص غير عادية. بالنهاية، الظروف التي تسمح للغشاء البلازمي بالنجاة يمكن أن لا تسمح للعضيات الحية داخل الخلية بالنجاة.
