Cryopreservation, pelestarian sel dan jaringan dengan pembekuan.
Sir Ian Wilmut: Pendidikan dan penelitian cryopreservasi
Wilmut dibesarkan di Coventry, sebuah kota di daerah Inggris yang bersejarah di Warwickshire, dan ia menghadiri Sekolah Pertanian di Universitas
Kriopreservasi didasarkan pada kemampuan molekul kecil tertentu untuk memasuki sel dan mencegah dehidrasi dan pembentukan kristal es intraseluler, yang dapat menyebabkan kematian sel dan penghancuran organel sel selama proses pembekuan. Dua agen krioprotektif yang umum adalah dimetil sulfoksida (DMSO) dan gliserol. Gliserol digunakan terutama untuk cryoprotection sel darah merah, dan DMSO digunakan untuk melindungi sebagian besar sel dan jaringan lainnya. Gula yang disebut trehalose, yang terdapat pada organisme yang mampu bertahan dari dehidrasi ekstrem, digunakan untuk metode pengeringan beku cryopreservasi. Trehalosa menstabilkan membran sel, dan sangat berguna untuk pelestarian sperma, sel induk, dan sel darah.
Sebagian besar sistem kriopreservasi seluler menggunakan freezer dengan kecepatan terkontrol. Sistem pembekuan ini mengirimkan nitrogen cair ke ruang tertutup di mana suspensi sel ditempatkan. Pemantauan yang cermat terhadap laju pembekuan membantu mencegah dehidrasi seluler yang cepat dan pembentukan kristal es. Secara umum, sel-sel diambil dari suhu kamar hingga kira-kira C90 ° C (30130 ° F) dalam freezer dengan laju terkontrol. Suspensi sel beku kemudian dipindahkan ke dalam freezer cair-nitrogen dipertahankan pada suhu yang sangat dingin dengan nitrogen baik dalam fase uap atau cair. Kriopreservasi berbasis pengeringan beku tidak memerlukan penggunaan freezer cair-nitrogen.
Aplikasi penting dari kriopreservasi adalah dalam pembekuan dan penyimpanan sel-sel induk hematopoietik, yang ditemukan dalam sumsum tulang dan darah tepi. Dalam penyelamatan sumsum tulang autologous, sel-sel induk hematopoietik dikumpulkan dari sumsum tulang pasien sebelum perawatan dengan kemoterapi dosis tinggi. Setelah perawatan, sel-sel cryopreservasi pasien dicairkan dan diinfuskan kembali ke dalam tubuh. Prosedur ini diperlukan, karena kemoterapi dosis tinggi sangat beracun bagi sumsum tulang. Kemampuan untuk cryopreserve sel-sel induk hematopoietik telah sangat meningkatkan hasil untuk pengobatan limfoma tertentu dan keganasan tumor padat. Dalam kasus pasien leukemia, sel darah mereka bersifat kanker dan tidak dapat digunakan untuk penyelamatan sumsum tulang autologus. Akibatnya, pasien-pasien ini bergantung pada darah cryopreservasi yang dikumpulkan dari tali pusat bayi baru lahir atau pada sel-sel induk hematopoietik cryopreservasi yang diperoleh dari donor. Sejak akhir 1990-an telah diakui bahwa sel punca hematopoietik dan sel punca mesenkim (berasal dari jaringan ikat embrionik) mampu berdiferensiasi menjadi jaringan otot rangka, jantung, jaringan saraf, dan tulang. Saat ini ada minat kuat dalam pertumbuhan sel-sel ini dalam sistem kultur jaringan, serta dalam kriopreservasi sel-sel ini untuk terapi masa depan untuk berbagai macam gangguan, termasuk gangguan pada sistem saraf dan otot dan penyakit pada hati dan jantung..
Kriopreservasi juga digunakan untuk membekukan dan menyimpan embrio dan sperma manusia. Ini sangat berharga untuk pembekuan embrio ekstra yang dihasilkan oleh fertilisasi in vitro (IVF). Pasangan dapat memilih untuk menggunakan embrio cyropreserved untuk kehamilan kemudian atau jika IVF gagal dengan embrio segar. Dalam proses transfer embrio beku, embrio dicairkan dan ditanamkan ke dalam rahim wanita. Transfer embrio beku dikaitkan dengan peningkatan kecil tetapi signifikan dalam risiko kanker anak di antara anak-anak yang lahir dari embrio tersebut.
Hipotermia yang dalam, suatu bentuk kriopreservasi ringan yang digunakan pada pasien manusia, memiliki aplikasi yang signifikan. Penggunaan umum induksi hipotermia berat adalah untuk prosedur bedah kardiovaskular yang kompleks. Setelah pasien ditempatkan pada bypass kardiopulmoner lengkap, menggunakan mesin jantung-paru, darah melewati ruang pendingin. Pendinginan pasien yang terkontrol dapat mencapai suhu yang sangat rendah sekitar 10-14 ° C (50-57 ° F). Jumlah pendinginan ini secara efektif menghentikan semua aktivitas otak dan memberikan perlindungan bagi semua organ vital. Ketika pendinginan ekstrem ini telah dicapai, mesin jantung-paru dapat dihentikan, dan ahli bedah dapat memperbaiki cacat aorta dan jantung yang sangat kompleks selama henti sirkulasi. Selama waktu ini, tidak ada darah yang bersirkulasi di dalam pasien. Setelah operasi selesai, darah secara bertahap dihangatkan di penukar panas yang sama yang digunakan untuk pendinginan. Pemanasan bertahap kembali ke suhu tubuh normal menghasilkan dimulainya kembali fungsi otak dan organ normal. Namun hipotermia yang mendalam ini jauh dari pembekuan dan kriopreservasi jangka panjang.
Sel dapat hidup lebih dari satu dekade jika dibekukan dengan benar. Selain itu, jaringan-jaringan tertentu, seperti kelenjar paratiroid, vena, katup jantung, dan jaringan aorta, dapat berhasil dilakukan kriopreservasi. Pembekuan juga digunakan untuk menyimpan dan mempertahankan viabilitas jangka panjang dari embrio manusia purba, ova (telur), dan sperma. Prosedur pembekuan yang digunakan untuk jaringan-jaringan ini telah dilakukan dengan baik, dan, dengan adanya agen krioprotektif, jaringan dapat disimpan dalam jangka waktu yang lama pada suhu -14 ° C (6,8 ° F).
Penelitian telah menunjukkan bahwa seluruh hewan beku tanpa adanya agen cryoprotektif dapat menghasilkan sel-sel yang layak yang mengandung DNA utuh pada saat pencairan. Sebagai contoh, inti sel-sel otak dari seluruh tikus yang disimpan pada suhu -20 ° C (-4 ° F) selama lebih dari 15 tahun telah digunakan untuk menghasilkan garis-garis sel induk embrionik. Sel-sel ini kemudian digunakan untuk menghasilkan klon tikus.
