Crioprotector - Cryoprotectant

Un crioprotector este o substanță utilizată pentru a proteja țesutul biologic de daunele cauzate de îngheț (adică datorită formării gheții ). Insectele arctice și antarctice , peștii și amfibienii creează crioprotectoare ( compuși antigel și proteine ​​antigel ) în corpul lor pentru a minimiza daunele cauzate de îngheț în timpul perioadelor reci de iarnă. Crioprotectoarele sunt, de asemenea, utilizate pentru conservarea materialelor vii în studiul biologiei și pentru conservarea produselor alimentare.

De ani de zile, glicerolul a fost folosit în criobiologie ca un crioprotector pentru celulele sanguine și spermatozoizii tauri, permițând stocarea la temperaturi de azot lichid . Cu toate acestea, glicerolul nu poate fi utilizat pentru a proteja organele întregi de daune. În schimb, multe companii de biotehnologie cercetează dezvoltarea altor crioprotectoare mai potrivite pentru astfel de utilizări. O descoperire reușită poate face posibilă în cele din urmă stocarea criogenică în vrac (sau „bancare”) a organelor umane și xenobiotice transplantabile . Un pas substanțial în această direcție a avut loc deja. Medicina din secolul XXI a vitrificat un rinichi de iepure la -135 ° C cu cocktailul lor propriu de vitrificare. La reîncălzire, rinichiul a fost transplantat cu succes într-un iepure, cu funcționalitate și viabilitate completă, capabil să susțină iepurele la nesfârșit ca singurul rinichi funcțional.

Mecanism

Crioprotectoarele acționează prin creșterea concentrației de solut în celule. Cu toate acestea, pentru a fi viabile din punct de vedere biologic, acestea trebuie să pătrundă cu ușurință și să nu fie toxice pentru celule.

Temperatura de tranziție a sticlei

Unii crioprotectori funcționează prin scăderea temperaturii de tranziție sticloasă a unei soluții sau a unui material. În acest fel, crioprotectorul previne înghețarea efectivă, iar soluția menține o oarecare flexibilitate într-o fază sticloasă. Mulți crioprotectori funcționează și prin formarea de legături de hidrogen cu molecule biologice pe măsură ce moleculele de apă sunt deplasate. Legarea hidrogenului în soluții apoase este importantă pentru funcționarea adecvată a proteinelor și a ADN-ului. Astfel, deoarece crioprotectorul înlocuiește moleculele de apă, materialul biologic își păstrează structura și funcția fiziologică nativă, deși nu mai sunt scufundate într-un mediu apos. Această strategie de conservare este utilizată cel mai adesea în anhidrobioză .

Toxicitate

Amestecurile de crioprotectoare au o toxicitate mai mică și sunt mai eficiente decât crioprotectoarele cu un singur agent. Un amestec de formamidă cu DMSO ( dimetil sulfoxid ), propilen glicol și un coloid a fost timp de mulți ani cel mai eficient dintre toți crioprotectoarele creați artificial. Amestecuri crioprotectoare au fost utilizate pentru vitrificare (adică solidificare fără formarea de gheață cristalină). Vitrificarea are aplicații importante în conservarea embrionilor, a țesuturilor biologice și a organelor pentru transplant . Vitrificarea este folosită și în crionică , în efortul de a elimina daunele cauzate de îngheț.

Convenţional

Crioprotectoarele convenționale sunt glicoli ( alcooli care conțin cel puțin două grupări hidroxil ), cum ar fi etilen glicol , propilen glicol și glicerol . Etilen glicolul este utilizat în mod obișnuit ca antigel pentru automobile ; în timp ce propilen glicolul a fost utilizat pentru a reduce formarea de gheață în înghețată . Dimetil sulfoxidul (DMSO) este, de asemenea, considerat ca un crioprotector convențional. Glicerolul și DMSO au fost folosite de zeci de ani de criobiologi pentru a reduce formarea de gheață în spermatozoizi , ovocite și embrioni care sunt conservați la rece în azot lichid . Crioconservarea resurselor genetice animale este o practică care implică crioprotectoare convenționale pentru depozitarea materialului genetic cu intenția revigorării viitoare. Trehaloza este zahărul nereducător produs de drojdii și insecte în cantități abundente. Utilizarea sa ca crioprotector în sistemele comerciale a fost larg brevetată.

Exemple în natură

Peștii arctici folosesc proteine ​​antigel , uneori atașate cu zaharuri, ca crioprotectoare.

Insecte

Informații suplimentare: proteine ​​antigel și treitol

Insectele folosesc cel mai adesea zaharuri sau polioli ca crioprotectoare. O specie care folosește crioprotectoare este Polistes exclamans (o viespe). La această specie, diferitele niveluri de crioprotector pot fi utilizate pentru a distinge între morfologii.

Amfibieni

Broaștele arctice adaptate la rece (de exemplu, broasca lemnoasă ) și alte ectoterme din regiunile polare și subpolare produc în mod natural glucoză , dar broaștele de copac brun sudic și salamandrele arctice creează glicerol în ficat pentru a reduce formarea de gheață.

Când glucoza este utilizată ca crioprotector de către broaștele arctice, cantități masive de glucoză sunt eliberate la temperatură scăzută și o formă specială de insulină permite ca această glucoză suplimentară să pătrundă în celule. Când broasca se reîncălzește în timpul primăverii , glucoza suplimentară trebuie eliminată rapid, dar depozitată.

Conservarea alimentelor

Crioprotectoarele sunt, de asemenea, utilizate pentru conservarea alimentelor. Acești compuși sunt de obicei zaharuri care sunt ieftine și nu prezintă probleme de toxicitate. De exemplu, multe produse de pui congelate (crude) conțin în apă o soluție de zaharoză și fosfați de sodiu .

Uzual

Vezi si

Referințe