Krioprotektant - Polski Serwis Naukowy

Krioprotektant - substancja, lub ich mieszanina, chroniąca zamrażany obiekt. Zwykle pojęcie to jest używane w odniesieniu do zamrażania tkanek i innych próbek biologicznych.

Właściwości krioprotekcyjne tych substancji polegają na obniżeniu temperatury zeszklenia zamrażanego obiektu, poniżej temperatury topnienia. W ten sposób układ zachowuje się jak ciało amorficzne, które zestala się nie wytwarzając kryształów (witryfikacja), mogących uszkodzić próbkę. W przypadku próbek biologicznych uszkodzenia są głównie powodowane nie przez kryształki lodu (jako, że wnętrze komórek zwykle nie zamarza w taki sposób, o ile w ogóle), ale poprzez zmiany ciśnienia osmotycznego i siły jonowej (zawartości elektrolitów w płynie komórkowym). Krioprotektantami są także substancje przeciwdziałające zamarzaniu w ogóle, albo powodujące kontrolowaną nukleację kryształków lodu.

Sen zimowy – fizjologiczny stan odrętwienia organizmu objawiający się okresowym spowolnieniem procesów życiowych u niektórych zwierząt stałocieplnych, pozwalający przetrwać im trudne warunki zimy. Sen zimowy może być stanem ciągłym lub przerywanym. Trwa od kilku tygodni do siedmiu miesięcy. Jest poprzedzony gromadzeniem brunatnej tkanki tłuszczowej w organizmie lub zapasów pokarmu w gnieździe oraz zmianami w funkcjonowaniu gruczołów dokrewnych.

Ciśnienie osmotyczne – różnica ciśnień wywieranych na półprzepuszczalną membranę przez dwie ciecze, które ta membrana rozdziela. Przyczyną pojawienia się ciśnienia osmotycznego jest różnica stężeń związków chemicznych lub jonów w roztworach po obu stronach membrany i dążenie układu do ich wyrównania.

W naturalne krioprotektanty wyposażone są arktyczne i antarktyczne zwierzęta zimnokrwiste, jak owady, płazy, gady, by chronić swoje tkanki przed uszkodzeniami podczas zimowej hibernacji. Te funkcje krioochronne mogą pełnić specjalne białka, działające jako nukleatory kontrolowanego zamarzania (ang. protein ice nucleators) lub antyzamarzacze (antifreeze proteins). W takie białka wzbogacone są płyny ustrojowe, jak krew czy limfa.

Azot (N, łac. nitrogenium) – pierwiastek chemiczny z grupy niemetali. Zawartość w górnych warstwach Ziemi wynosi 0,0019%. Stabilnymi izotopami azotu są 14N i 15N. Azot w stanie wolnym występuje w postaci dwuatomowej cząsteczki N2. W cząsteczce tej dwa atomy tego pierwiastka są połączone ze sobą wiązaniem potrójnym. Azot jest podstawowym składnikiem powietrza (78,09% objętości). Wchodzi w skład wielu związków, takich jak: amoniak, kwas azotowy, azotany oraz wielu ważnych związków organicznych (kwasy nukleinowe, białka i wiele innych). Azot w fazie stałej występuje w sześciu odmianach alotropowych nazwanych od kolejnych liter greckich (α, β, γ, δ, ε, ζ). Najnowsze badania wykazują prawdopodobne istnienie kolejnych dwóch odmian (η, θ).

Biologia (z gr. βίος (bios) - życie i λόγος (logos) - słowo, nauka) – gałąź nauki zajmująca się badaniem życia. Nauka ta skupia się na charakterystyce, klasyfikacji oraz zachowaniu organizmów żywych, jak również sposobie powstawania nowych gatunków oraz zależnościami między nimi a środowiskiem naturalnym.

Krioprotektantami w przemyśle są najczęściej różne glikole, czyli alkohole wielohydroksylowe, jak glikol etylenowy, propylenowy, czy glicerol. Glikol etylenowy jest składnikiem zimowych płynów do chłodnic samochodowych, a propylenowy bywa używany do redukcji kryształków lodu w lodach i czynienie masy gładszej. Innym popularnym krioprotektantem jest DMSO (sulfotlenek dimetylowy), razem z glicerolem powszechnie używany do ochrony próbek biologicznych, takich jak sperma, embriony, podczas ich przechowywania w ciekłym azocie.

Tkanka (łac. textum) – zespół komórek o podobnej budowie, określonych czynnościach, podobnym pochodzeniu, budowie, przemianie materii i przystosowanych do wykonywania określonej funkcji na rzecz całego organizmu. Tkanki są elementami składowymi narządów i ich układów. Dział biologii zajmujący się tkankami to histologia.

Zwierzęta (Animalia) – królestwo obejmujące wielokomórkowe organizmy cudzożywne o komórkach eukariotycznych, bez ściany komórkowej, w większości zdolne do aktywnego poruszania się. Są największym i najbardziej zróżnicowanym gatunkowo królestwem organizmów. Największą grupę zwierząt stanowią bezkręgowce, a wśród nich owady. Drugą, obok bezkręgowców, grupą zwierząt są kręgowce. Wśród nich tradycyjnie wyróżnia się ryby, płazy, gady, ptaki i ssaki, do których należy również człowiek. Najstarsze znaleziska kopalne zwierząt – morskie zwierzęta o miękkich ciałach – pochodzą z końca prekambru, neoproterozoiku (fauna ediakarańska – 630 do 542 mln lat temu), natomiast skamieniałości strunowców – z kambru i ordowiku. W kambrze, około 500 mln lat temu, występowali już przedstawiciele wszystkich znanych obecnie typów bezkręgowców.

By podnieść efektywność krioprotektantów i obniżyć skutki uboczne ich stosowania, najczęściej stosuje się ich mieszaniny. Mieszanina formamidu z DMSO, glikolem propylenowym i odpowiednim koloidem, długi czas była najbardziej efektywnym sztucznie wytworzonym krioprotektantem.

Przypisy

Meryman HT. Cryopreservation of living cells: principles and practice.. „Transfusion”. 5 (47), s. 935-45, maj 2007. doi:10.1111/j.1537-2995.2007.01212.x. PMID 17465961.
↑ Duman JG. The inhibition of ice nucleators by insect antifreeze proteins is enhanced by glycerol and citrate.. „J Comp Physiol [B]”. 2 (172), s. 163-8, luty 2002. PMID 11916110.