La disidratazione continua di manifestazioni di studio uccide le celle durante la conservazione asciutta

Una nuova individuazione negli esperimenti che studiano la conservazione asciutta delle celle viventi -- un'alternativa potenzialmente rivoluzionaria al cryopreservation - ha definito un chiaro limite dove la disidratazione continua uccide le celle. I dati, combinati con le simulazioni di dinamica molecolare, forniscono la comprensione in un fattore importante di trattamento che ha limitato i tentativi recenti di conservazione asciutta.

“Che cosa abbiamo fatto è identificato che cosa sembra essere un vincolo dei materiali nel nostro metodo di conservazione asciutta. Penso che questa nuova comprensione suggerisca alcuni viali interessanti per perseguire nello sviluppare un riuscito trattamento,„ ha detto Gloria Elliott, professore dell'ingegneria meccanica all'università di North Carolina a Charlotte, uno degli autori dello studio.

I risultati, riferiti nell'emissione dell'8 luglio dei rapporti scientifici, analizza i cambiamenti nelle disposizioni molecolari di trehalose (uno zucchero) e delle molecole di acqua durante il trattamento tipico di disidratazione che usano per vincolare le celle in un vetro stabile del trehalose per deposito a lungo termine.

La conservazione asciutta delle celle è una biotecnologia potenzialmente rivoluzionaria che offrirebbe alcuni vantaggi chiave sopra i metodi correnti di cryopreservation che richiedono la manutenzione ad estremamente - basse temperature. Poiché la conservazione asciutta potrebbe permettere il mantenimento di materiale alle temperature ambienti normali, le celle conservate asciutte sarebbero più redditizie memorizzare e più facile trasportare e che potrebbero permettere così che molto più materiale sia contato e disponibile per uso.

Il metodo di conservazione che il gruppo di ricerca di Elliot sta studiando comprende sospendere le celle in una soluzione diluita del trehalose e poi concentrarlo eliminando l'acqua con un trattamento microonda-assistito delicato del riscaldamento in modo che moduli di vetro di un trehalose, molecole biologiche di vincolo, simili al congelamento. La tecnica è suggerita dai vari organismi in natura, quali il gamberetto di salamoia e i tardigrades (“l'acqua sopporta„), che sintetizzano gli zuccheri in risposta allo stress ambientale e sono stati conosciuti per sopravvivere per molti anni alla stasi in uno stato essiccato.

“La gente ha studiato questi esempi dalla natura ed ha scoperto che producono un gran numero di zuccheri, specificamente trehalose,„ Elliott ha notato. “Sopra le ultime coppie delle decadi che stiamo provando ad imparare come fa quella e lo imita per conservare le cellule di mammiferi.„

Lo studio corrente comprende un tentativo di asciugare le cellule T della prerogativa. Il metodo comprende facendo uso di energia di microonda accelerare la rimozione delle molecole di acqua da citoplasma cellulare, evitante la cristallizzazione di trehalose, che danneggierebbe le membrane ed altre strutture cellulari.

“Stiamo aumentando la viscosità della soluzione e mobilità molecolare diminuente senza indurre cristallizzazione del trehalose,„ Elliott ha detto. “Ma quello non significa che non c' è qualche cosa che accende molecolare. C'è uno sviluppo idrogeno-tenuto da adesivo della rete del trehalose che piombo al carattere del tipo di solida, che contribuisce all'alta temperatura di transizione vetrosa della matrice.„

Ma, i ricercatori hanno trovato, la disidratazione può continuare soltanto a certo punto - quando il rapporto della massa dell'acqua alla massa totale di altre molecole si è avvicinato a 0,1, una cascata di altri effetti compare e tutte le celle cominciano morire.

“Che cosa abbiamo veduto con questo documento è che c'è un limite equo ben definito dove le cose cambiano sostanzialmente durante la disidratazione,„ Elliott ha notato. “Quando proviamo a disidratare le celle nucleate con le membrane e l'intera funzionalità delle cellule della prerogativa - sembriamo colpire una parete. Possiamo asciugarci, bassi tenori di umidità sempre più asciutti e asciutti con attuabilità di merce e poi colpiamo un tenore d'acqua particolare a cui tutto muore. C'è una diminuzione molto rapida.„

Il trattamento fisico esatto che uccide le celle non era possibile per individuare, ma il gruppo ha notato una correlazione con un trattamento che è stato osservato per accadere allo stesso punto nelle simulazioni molecolari.

“Nelle simulazioni molecolari, vedete i cluster del trehalose formarti durante la disidratazione. Che cosa era perspicace qui era che abbiamo veduto che il livello del tenore d'acqua a cui perdiamo l'attuabilità delle cellule coincida con quando tutti questi piccoli cluster dell'amo del trehalose insieme da trasformarsi in in una grande rete delle molecole del trehalose,„ ha detto.

“Che sembra suggerire una forza meccanica sulle celle. Se tutte le molecole formano l'una rete, un grande cluster, quindi le celle stanno andando essere bloccati in quanto la rete rigidified.„

Dato la fragilità delle strutture della cellula, particolarmente le membrane cellulari sottili, la transizione improvvisa a rigidità della rete unificata del trehalose possono essere interne alle celle, i ricercatori suppongono. “Possiamo schiacciare le celle o meccanicamente scorrimento quando quell'evento di raggruppamento definitivo accade,„ Elliott ha detto.

“Questo ci dà una nuova ipotesi di lavoro per la natura della lesione delle cellule durante la conservazione asciutta - che durante il trattamento di secchezza delle celle, c'è un tenore d'acqua critico a cui la rete delle molecole dello zucchero rigidifies e può indurre la lesione fisica alle celle,„ lei ha detto.

“È un'ipotesi che possiamo provare ed abbiamo alcune idee interessanti per quanto riguarda le cose possiamo fare per risolvere il problema se la rigidità della rete è il problema.„

Source:

University of North Carolina at Charlotte