Het idee om een ​​persoon cryogeen te bevriezen om hun lichaam tot vele jaren in de toekomst te behouden, is al lang een hoofdbestanddeel van sciencefictionverhalen. Echter, de noodzaak om biologisch materiaal zoals cellen of weefsel op betrouwbare wijze op te slaan is een algemene zorg voor wetenschappelijk onderzoek en, meer en meer, ook voor de samenleving.

Of het nu donker is, verstikkende diepzee of het broeien, borrelende thermale baden, het leven vindt een manier om het thuis te noemen. Dus, het is geen verrassing dat vissen die in de ijskoude wateren van de Arctische en Antarctische wateren leven, de inspiratie kunnen vormen voor een nieuwe generatie cryoprotectant-moleculen.

De vis, en andere extremofielen bij koude temperaturen, eiwitten produceren die ijs kunnen herkennen en eraan kunnen binden terwijl het zich vormt, werkt als een antivries. IJskristallen kunnen veel schade aanrichten aan het lichaam, van het laten samenklonteren van eiwitten tot het verzwakken van de structuren die weefsel bij elkaar houden.

Dit bracht professor Matthew Gibson van de Warwick University in het Verenigd Koninkrijk ertoe te proberen de capaciteiten van ijsbindende eiwitten na te bootsen met behulp van synthetische polymeren. Deze hebben het voordeel dat ze gemakkelijker kunnen worden aangepast of "afgestemd" op hun doel en op schaal kunnen worden geproduceerd.

"We kunnen het een beetje meer afstembaar maken omdat je letterlijk duizenden verschillende monomeren hebt die je zou kunnen gebruiken om een ​​polymeer te maken, "zei hij. "Ons doel was, als we enkele van die eigenschappen kunnen nabootsen, om deze toe te passen om de manier waarop we cellen invriezen te verbeteren of te veranderen."

Via het CRYOSTEM-project, Prof. Gibson testte deze polymeren door ze toe te voegen aan monsters van beenmergstamcellen, die vaak worden ingevroren wanneer ze worden vervoerd voor een transplantatie. Het huidige systeem omvat het toevoegen van oplosmiddelen om de cellen te beschermen bij bevriezing. Echter, het is niet ideaal. Een aanzienlijk deel van de cellen overleeft het niet en het oplosmiddel zelf kan ze aantasten.

Prof. Gibson heeft kunnen aantonen dat zijn polymeren de hoeveelheid oplosmiddel die nodig is voor cryopreservatie kunnen verminderen, het verminderen van de schade aan de cellen. Deze benadering kan ook helpen bij biomedisch onderzoek, waardoor wetenschappers een groter aantal cellen in het laboratorium betrouwbaarder kunnen opslaan en ontdooien.

Hij breidt dit werk nu uit via het ICE PACK-project om cryoprotectieve polymeren toe te passen op het groeiende gebied van biologische behandelingen. Traditionele geneesmiddelen zijn meestal kleine moleculen die in tabletvorm kunnen worden gedaan en maandenlang stabiel blijven in het medicijnkastje. Nutsvoorzieningen, steeds meer van de moderne best verkochte medicijnen zijn eiwitten, zoals antilichamen voor de behandeling van artritis of kanker, die veel zorgvuldiger moeten worden bewaard.

Nog gevoeliger zijn celgebaseerde therapieën zoals CAR T-cellen, Dit zijn gemodificeerde immuuncellen die worden gebruikt om kanker te behandelen. Momenteel, celgebaseerde therapieën zijn zeldzaam en erg duur, maar in de toekomst ze kunnen vaker voorkomen.

"Ze hebben een vrij complex proces, waar ze van de donor worden opgehaald en dan moeten ze worden aangepast, invriezen en verzenden, " zei Prof. Gibson. "Alles wat je kunt doen om ervoor te zorgen dat ze zo goed mogelijk worden beschermd, of de koudeketen gemakkelijker maken, gaat een heel groot (effect op) de uitkomst van de patiënt hebben."

De ultieme droom

Zoom uit van individuele eiwitten of cellen en het beeld wordt nog ingewikkelder.

"Er kan zich binnen en buiten de cel ijs vormen. Afhankelijk van waar het ijs zich vormt, het is storend voor cellulaire structuren of extracellulaire structuren, bijvoorbeeld de extracellulaire matrix waarin de cellen zijn ingebed, " zei professor Ilja Voets van de Technische Universiteit Eindhoven in Nederland.

De uitdaging van het bevriezen van weefselmonsters is een ander gebied waar analogen van ijsbindende eiwitten zouden kunnen helpen. Als onderdeel van het PROTECT-project, Prof. Voets is vooral geïnteresseerd in het invriezen en ontdooien van hartcellen en weefsel. Momenteel, slechts ongeveer de helft van de cellen is bruikbaar na het invriezen bij het bestuderen van culturen in het laboratorium. Dit wordt nog moeilijker bij het bestuderen van weefselmonsters.

"Typisch, de bewaarcondities zijn optimaal voor één celtype (binnen het hartweefsel), maar niet voor de andere soorten, of niet voor het weefsel als geheel, " zei ze. Het is een grote uitdaging, maar de ijsbindende eiwitanalogen hoeven het weefsel niet perfect te bewaren om bruikbaar te zijn. "Er is een zeer sterk regeneratief vermogen van weefsels. Dus in sommige gevallen, als de schade bescheiden is, dan kan het weefsel zichzelf herstellen en kan het nog steeds worden gebruikt."

Voets gebruikt microscopie met zeer hoge resolutie om te begrijpen hoe verschillende soorten ijsbindende eiwitanalogen ijsvorming kunnen voorkomen. Dit zal helpen om verbeterde versies te maken die bevriezingsschade aan weefsel kunnen verminderen.

Het potentieel om uw eigen weefselmonsters op een betrouwbare manier te bewaren, te ontdooien indien nodig in de toekomst, is "een van de ultieme dromen, ', aldus Voets.

"Stel dat iemand een infarct heeft (een gebied met dode cellen), u kunt hartweefsel van die zeer specifieke patiënt transplanteren omdat u het hebt opgeslagen. Dat zal fantastisch zijn, en het kan ook het risico op afwijzing verminderen. Er zijn veel dingen die we zouden kunnen winnen als we meer soorten cellen en weefsels kunnen opslaan."

Vooruitgang in cryopreservatie heeft nu al een impact op de samenleving. Sommige bedrijven, meestal in de VS, als extraatje eierbevriezingsdiensten aanbieden aan werknemers die het krijgen van een kind willen uitstellen. Dit stelt in wezen de besluitvorming uit over hoe de concurrerende behoeften van professionele vooruitgang en kinderopvang op elkaar kunnen worden afgestemd, zegt professor Thomas Lemke, van de Goethe-universiteit in Duitsland. "Dit is wat vaak een technologische oplossing voor een maatschappelijk probleem wordt genoemd, " hij zei.

Deze technologische fix legt een extra last op het individu om zich aan te passen, zodat de samenleving niet hoeft te veranderen. Prof. Lemke zei dat er een reëel gevaar bestaat dat het een maatschappelijke verwachting kan worden. Cryopreservatie zou de ultieme verzekeringspolis kunnen worden. Private bedrijven bieden al bankieren aan voor navelstrengbloed, die rijk is aan stamcellen. Misschien in de toekomst, we zullen ook hartweefsel kunnen opslaan.

Prof. Lemke bestudeert de maatschappelijke gevolgen van dit "opgeschort leven, "zoals hij het noemt, door heel Europa via het CRYSOCIETIES-project. Hij onderzoekt hoe cryopreservatiepraktijken zich hebben ontwikkeld en hoe deze onze besluitvorming beïnvloeden.

Terwijl samenlevingen kilte vaak in verband hebben gebracht met de dood, cryopreservatie creëert nieuwe kansen van medische zorg tot biodiversiteit.

"Het is niet langer de staat van niet-transformatie, van inert blijven. Maar liever, het mobiliseert dingen en het opent mogelijkheden, " zei prof. Lemke. "Onze culturele beeldspraak van bevrorenheid staat op het punt te veranderen."