Download - Современные методы улучшения протоколов витрификации для обратимой криоконсервации органов
Доклад к семинару Фонда перспективных исследований
“Криоконсервация органов и тканей”
Современные методы улучшения протоколов
витрификации
для обратимойкриоконсервации органов
Научно-технический центркриобиологии и анабиоза,
февраль 2014 г., Москва Удалова В. В., [email protected]
Витрификация («стеклование», от лат. vitrum «стекло» и лат. facio «делаю превращение» — переход жидкости при понижении температуры в стеклообразное состояние
Витрификация
ВОДА–124,4° С
Криосохранение тканей, эмбрионов с помощью
витрификации
Эмбрионы лошади восстанавливают форму после витрификации.
Общая сумма грантов NIH, в названии которых есть слово «витрификация»за 24 года
31 128 838 $
Витрификация и NIH
Лучшее достижение в области обратимой криоконсервации –
витрификация почки кролика
21 Century Medicine
Физико-химические аспекты витрификации
Быстрое и медленное замораживание витрифицированной жидкости до -196C
Синтетическиеблокаторы льда
(X-1000, 21CM)
Биологические аспекты витрификации
Витрифицированная и трансплантированная почка кролика извлекается для исследования после 29 дней работы в теле кролика.
Научные и технические проблемы криоконсервации органов такие же, как проблемы криосохранения мозга в крионических организациях.
Криоконсервация органови крионические
организации США
Размер и сложность объекта.
Трудность криоконсервации.
Клетки, эмбрионы
Органы Организм
Можно спорить о правомерности подхода крионических организаций, но именно в их рамках рождается много исследований, новых подходов.
• Cryonics Institute• Best B.P. "Scientific justification of cryonics practice", Rejuvenation
Research (2008, vol. 11), pg. 493-503.
• Alcor Life Extension Foundation• Lemler J, Harris SB, Platt C, Huffman T, in: Annals of the New York
Academy of Sciences (2004, vol. 1019), "The Arrest of Biological Time as a Bridge to Engineered Negligible Senescence", pg. 559-563
• 21st Century Medicine• Fahy GM, Wowk B, Wu J, Phan J, Rasch C, Chang A, Zendejas E, in:
Cryobiology (2004, vol. 48), "Cryopreservation of organs by vitrification: perspectives and recent advances", pg. 157-178
Криоконсервация органови крионические
организации США
Critical Care Research Inc. и 21st Century Medicine Inc.
Эксперименты по глубокой гипотермии
1985 год!
Витрифицирующие смеси
21st Century Medicine
Ведущие криобиологи – сторонники крионики
*Юрий Пичугин
*Joao Pedro De Magalhaes, University of Liverpool
*Сергей Шелег
*Gregory Fahy, 21st Century Medicine
*Brian Wowk, 21st Century Medicine
*Michael Federowicz
*Steve Van Sickle, Arigos Biomedical
Криосохранение тела и мозга человека и животных:
• Хирургические аспекты, в том числе микрохирургия (на крысах)
• Работа по современным протоколам витрификации и по протоколам замораживания с допустимым количеством льда
• Создание уникального оборудования для витрификации, включая технику для быстрого охлаждения объектов и для низкотемпературного хранения и транспортировки крупных биологических объектов при низких температурах
• Обратимая глубокая гипотермия животных (крыс, собак)
Наши компетенции
Подготовка к витрификации кота. Москва
Первая в России глицериновая перфузия собаки, 2008 год, компания «КриоРус».
Комплексный характер технологии витрификации
органов
При витрификации органов, в отличие от сохранения клеток, требуется как оценка функционального состояния органа, так и его структуры на всех уровнях, от макро до микро.
На данных электронных микрограммах (ув. x40200) видны синапс гиппокампа с гранулами нейротрансмиттеров (слева) и сохранность структура миелиновой оболочки (с одним небольшим нарушением) и внутриклеточные органеллы (справа).
Размер и структура органов
Образование льда в почке при девитрификации, если ее не избежать.
Демонстрация последствий неправильной процедуры. Растрескивание витрифицирующего раствора и почки
• По технологиям витрификации учеными накоплено уже очень много данных, более 50 лет исследований
• Понятен путь улучшения качества витрифицированного органа(снижение токсического воздействия криопротекторных смесей)
• За последние 10-15 лет появилось много технологических новшеств: Cells Alive System, разработка равномерного СВЧ-нагрева, персуфляция (инсуфляция) охлаждающим газом, новая приборная исследовательская база.
Апгрейд технологии витрификации — путь к
криоконсервации органов
Стандартный протокол витрификации
1) Увеличить скорость охлаждения (газовая персуфляция и другие новые методы)
2) Использовать новые режимы нагревания (СВЧ и персуфляция)
3) Подавление кристаллизации с помощью электромагнитных полей
4) Внедрение протокола качества процедур и контроля состояния органа
Мы знаем, как надо улучшить протокол
витрификации
То есть, нужна новая комплексная методика
Arigos BiomedicalDate funded: February, 2012
Location: Mountain View, CA
Arigos Biomedical развивает методы высокоскоростного охлаждения для обратимого криосохранения органа и целого организма без разрывов, ассоциированных с современными технологиями замораживания.
Соучредители Таня Джонс и Стивен Ван Сикл имеют совокупный более чем 35-летний практический опыт в исследованиях и разработке криоконсервации для тканей человека, начиная с работы в "Алькор Foundation".
Второй грант –от Питера Тиля, первого инвестора Facebook
Предлагается доработать экспериментальные методы персуфляции – газового охлаждения через кровеносную систему и внедрить их.
Повышение скорости охлаждения до 0.5°C/мин позволит снизить концентрацию криопротектора до 60%, а повышение скорости охлаждения до 20°C/мин позволит снизить концентрацию до 50%, при которой токсическое воздействие криопротекторной смеси гораздо менее критично.
Газовая персуфляция
WISAP TERTAFLATOR
Газовая персуфляцияИстория использования для сохранения органов
Мы предлагаем проработать возможность использования инсуффляции для нагрева органа от –130°C до –20°C, когда начинается процесс реперфузии.
Также планируется проверить возможность нагревания с помощью равномерного микроволнового излучения (в диапазоне 300-1000 MH и др.) под томографическим контролем для предотвращения образования очагов избыточного нагревания, возможно, в комбинации с газовым нагревом.
Новые режимы нагревания
Микроволновое нагревание
По некоторым данным имеет смысл проверить применимость экспериментальной технологии CAS и подобных электромагнитных установок.
Возможно, их использование поможет уменьшить токсическое воздействие криопротекторных смесей на самом начальном этапе витрификации, сократив потребность в криопротекторах в начале процедуры, до температуры –20°C (по современным данным до -3°C ).
Подавление кристаллизации с помощью
электромагнитных полей
Криомакроскоп (2013), Carnegie Mellon, Biotherm. Tech. Lab.
Протоколы изученияи контроля на всех
этапах
Первый вариант таблицы этапов криосохранения и уровней и способов контроля
Стабильно повторяемая процедура, которая позволит некоторый орган крупного млекопитающего охлаждать до криогенной температуры, хранить внутри специального устройства, и вне зависимости от срока хранения его можно будет пересаживать.
Ожидаемый результат
Спасибо за внимание!
Доклад «Современные методы улучшения протоколов витрификации
для обратимой криоконсервации органов»
Докладчик: Удалова Валерия Викторовна
Научно-технический центр криобиологии и анабиоза,
февраль 2014 г., Москва, [email protected]