La déshydratation continue d'expositions d'étude détruit des cellules pendant la conservation sèche

Une conclusion neuve dans les expériences étudiant la conservation sèche des cellules vivantes -- une alternative potentiellement révolutionnaire à la cryopréservation - a défini une limite claire où la déshydratation continue détruit des cellules. La caractéristique, combinée avec des simulations de dynamique moléculaire, fournit l'analyse dans un facteur de traitement important qui a limité des tentatives récentes de conservation sèche.

« Ce qui nous avons fait est recensé ce qui semble être une contrainte de matériaux dans notre méthode de conservation sèche. Je pense que cette compréhension neuve propose quelques avenues intéressantes pour poursuivre en développant un procédé couronné de succès, » a indiqué Gloria Elliott, professeur de l'industrie mécanique à l'université de la Caroline du Nord à Charlotte, un des auteurs de l'étude.

Les découvertes, rapportées dans la question du 8 juillet des états scientifiques, analyse des changements des agencements moléculaires du trehalose (un sucre) et des molécules d'eau pendant un procédé typique de déshydratation qu'elles emploient pour immobiliser des cellules dans une glace stable de trehalose pour la conservation à long terme.

La conservation sèche des cellules est une biotechnologie potentiellement révolutionnaire qui offrirait quelques avantages clé par rapport aux méthodes actuelles de cryopréservation qui exigent la maintenance à extrêmement - de basses températures. Puisque la conservation sèche pourrait permettre la maintenance du matériau aux températures ambiantes normales, les cellules préservées sèches seraient plus rentables pour enregistrer et plus facile à transporter et pourraient permettre ainsi à bien plus de matériau d'être encaissé et procurable pour l'usage.

La méthode de conservation que l'équipe de recherche d'Elliot vérifie concerne suspendre des cellules dans une solution diluée de trehalose, et puis les concentrer en enlevant l'eau avec un procédé de chauffage hyperfréquence-aidé doux de sorte que les formes en verre d'un trehalose, les molécules biologiques de immobilisation, assimilées à la congélation. La technique est proposée par les organismes variés en nature, telle que la crevette de saumure et les tardigrades (la « eau porte »), qui synthétisent des sucres en réponse au stress environnemental et ont été connus pour survivre la stase depuis de nombreuses années dans une condition desséchée.

Les « gens ont étudié ces exemples de nature et ont découvert qu'ils produisent un grand nombre de sucres, particulièrement trehalose, » Elliott ont noté. « Au-dessus des derniers couples des décennies où nous avions essayé d'apprendre comment ils font cela et l'imitent pour préserver les cellules mammifères. »

L'étude actuelle concerne une tentative de sécher des lymphocytes T de conserve. La méthode concerne utilisant l'énergie d'hyperfréquences pour accélérer le démontage des molécules d'eau du cytoplasme cellulaire, évitant la cristallisation du trehalose, qui endommagerait des membranes et d'autres structures cellulaires.

« Nous augmentons la viscosité de la solution et mobilité moléculaire décroissante sans induire la cristallisation de trehalose, » Elliott a dit. « Mais cela ne signifie pas qu'il n'y a pas quelque chose qui continue moléculairement. Il y a se développer hydrogène-métallisé de réseau de trehalose qui mène au caractère solide solide, qui contribue à la température élevée de glace-passage de la modification. »

Mais, les chercheurs ont trouvé, la déshydratation peut continuer seulement à une certaine remarque - quand le rapport de la masse de l'eau à la masse totale d'autres molécules a approché 0,1, une cascade d'autres effets apparaissent et toutes les cellules commencent à mourir.

« Ce qui nous avons vu avec cet article est qu'il y a une limite assez bien définie où les choses changent considérablement pendant la déshydratation, » Elliott a noté. « Quand nous essayons de déshydrater les cellules nucléées avec des membranes et la fonctionnalité entière de cellules de conserve - nous semblons heurter une paroi. Nous pouvons sécher, faible teneur en humidité de plus en plus sèche et sèche avec la viabilité de bon et alors nous heurtons une teneur en eau particulière à laquelle tout meurt. Il y a une décroissance très rapide. »

Le procédé matériel exact qui détruit les cellules n'était pas possible pour trouver, mais l'équipe a noté une corrélation avec un procédé qui a été observé pour se produire à la même remarque dans des simulations moléculaires.

« Dans des simulations moléculaires, vous voyez des boîtiers de trehalose former pendant la déshydratation. Ce qui était perspicace ici était que nous avons vu que le niveau de teneur en eau auquel nous détruisons la viabilité de cellules coïncidez avec quand tous ces petits boîtiers du crochet de trehalose ensemble à devenir un grand réseau des molécules de trehalose, » il a dit.

« Qui semble proposer une force mécanique sur les cellules. Si toutes les molécules forment un réseau, un grand boîtier, alors les cellules vont être enfermés dans cela réseau rigidified. »

Vu la fragilité des structures cellulaires, particulièrement membranes cellulaires minces, le passage subit à la rigidité du réseau unifié de trehalose peut être fatale aux cellules, les chercheurs présument. « Nous pouvons serrer les cellules ou mécaniquement les tondant quand cet événement de groupement final se produit, » Elliott a dit.

« Ceci nous donne une hypothèse de fonctionnement neuve pour la nature du dommage cellulaire pendant la conservation sèche - qui pendant le traitement de séchage des cellules, il y a une teneur en eau critique à laquelle le réseau des molécules de sucre rigidifies et peut induire des dommages corporels aux cellules, » il a dit.

« C'est une hypothèse que nous pouvons évaluer, et nous avons quelques idées intéressantes concernant des choses nous pouvons faire pour résoudre le problème si la rigidité du réseau est le problème. »

Source:

University of North Carolina at Charlotte