Как лягушки и рыбы помогают нам научиться замораживать людей

Идея заморозки людей для последующего пробуждения — устоявшийся научно-фантастический троп. Хотя остановка биологического времени или долгосрочная гибернация пока недостижимы, мы уже можем замораживать и хранить клетки, ткани и органы, что имеет огромное научное и медицинское значение.

Одна из причин нехватки донорских органов для трансплантации — сложность их транспортировки к реципиенту до начала деградации. Также часто возникает дефицит крови и плазмы, необходимых при травмах и операциях, чему способствует их короткий срок хранения: до 42 дней для эритроцитов и всего 8 дней для тромбоцитов.

Свежезамороженное

В 1950-х годах Полдж и Лавлок смогли криоконсервировать (заморозить) сперматозоиды, которые после оттаивания оплодотворяли яйцеклетки. Это достижение легло в основу современных методов ЭКО и животноводства.

Им удалось преодолеть ключевую проблему заморозки клеток: образование кристаллов льда. Кристаллы льда занимают больше места (имеют меньшую плотность), чем вода. Это может быть губительно для клеток из-за эффекта расширения, а также из-за повышения концентрации солей. Ученые разработали несколько решений.

Одно из них — добавление органических растворителей, которые меняют поведение воды, заставляя её образовывать стеклообразное вещество вместо кристаллов, уменьшая повреждения. Другое — изменение скорости заморозки клеток, позволяющее им дегидратироваться, что снижает содержание воды и степень расширения. Успех этих методов подтверждают тысячи успешных родов из замороженных эмбрионов.

Природный антифриз

Несмотря на успехи, многие клетки и ткани нельзя заморозить, и есть очевидная польза в снижении количества добавляемых органических растворителей. В идеале их нужно полностью удалять перед трансплантацией. Поэтому многие исследователи ищут вдохновение в природе: некоторые виды лягушек, например, выживают после полного замерзания, производя высокие концентрации сахара для защиты клеток.

Особый интерес представляют антифризные гликопротеины, которые позволяют рыбам в Северном Ледовитом океане выживать при температурах ниже нуля. Эти белки не только понижают температуру замерзания воды, но и останавливают рост любых кристаллов льда, которые образуются в рыбе. Рост кристаллов льда при оттаивании криоконсервированных клеток — огромная проблема, ведущая к неудачам при заморозке. Поэтому добавление антифризных белков могло бы улучшить процесс криоконсервации.

Однако есть проблема: антифризные белки дороги и их сложно синтезировать химически. Чтобы решить это, наша исследовательская группа и другие разработали синтетические полимеры — водорастворимые пластики, — которые могут выполнять ту же функцию, что и антифризные белки. При добавлении их к клеткам крови наблюдается явное улучшение их криоконсервации, что, как мы надеемся, однажды поможет улучшить хранение широкого спектра типов клеток.