Криопротекторы для сохранения яйцеклеток необходимо вводить и удалять поэтапно

Ученые разработали математическую модель, предсказывающую оптимальное время для загрузки и удаления криопротекторов — препаратов, необходимых для сохранения яйцеклеток при субнулевых температурах. Исследования показывают, что этот процесс должен быть поэтапным, хотя и быстрым.

Исследования на яйцеклетках макак-резусов, очень похожих на человеческие, показали, что двухэтапный процесс введения и удаления криопротекторов значительно уменьшает степень сжатия и расширения яйцеклеток. Эти резкие изменения объема могут буквально разорвать яйцеклетку или, как минимум, снизить шансы на ее оплодотворение.

Моделирование и выбор агента

Ученые сначала измерили скорость проникновения трех наиболее распространенных криопротекторов — диметилсульфоксида, этиленгликоля и пропиленгликоля — через мембрану яйцеклеток обезьян. Быстрая проницаемость важна, так как препараты вводятся при комнатной температуре, когда их токсичность высока. Используя полученные данные о скорости проницаемости и математическую модель, разработанную совместно с Университетом Вилланова, ученые успешно предсказали оптимальное время загрузки и удаления.

Оказалось, что для яйцеклеток обезьян лучше всего работает пропиленгликоль. Он проникал в яйцеклетку и выходил из нее быстрее других агентов.

Поэтапный подход

Все препараты работали наиболее эффективно при инкрементальном использовании:

• При криоконсервации: сначала добавление части агента в среду вокруг яйцеклетки, а через несколько минут — дополнительной порции.
• При размораживании: перенос яйцеклеток в среды со все более низкой концентрацией криопротекторов.

Роль сахаров и «стекловидное состояние»

Успешность сохранения яйцеклеток (пока менее 10%) растет по мере изучения методов введения и удаления препаратов. Важную роль начинают играть сахара, которые используют для выживания в засуху такие организмы, как артемии и тихоходки («водяные медведи»).

Сахар трегалоза, который производят тихоходки, не может проникнуть через мембрану клетки человека. Однако его высокая концентрация в среде:

• Уменьшает количество жидкости, поступающей в яйцеклетку (что предотвращает разрыв).
• Загущает среду, создавая давление, которое помогает выводить криопротекторы при размораживании.

Если же ввести трегалозу внутрь яйцеклетки (методом, аналогичным ИКСИ), она обеспечивает дополнительную защиту и позволяет достичь «стекловидного» (аморфного) состояния сохранения при температуре всего -30 °C. Для сравнения, при использовании только обычных криопротекторов требуются температуры -80 °C, -100 °C или даже ниже.

Практические преимущества

Это открывает значительные практические возможности:

• Упрощение хранения и транспортировки: яйцеклетки можно хранить в обычном морозильнике или перевозить на сухом льду, а не в жидком азоте.
• Снижение стресса: менее резкие перепады температур уменьшают нагрузку на клетки.
• Перспектива для трансплантологии: метод может потенциально улучшить сохранность органов для пересадки, около 40% которых повреждаются при транспортировке.

Одна из будущих задач — создание сахаров, способных проникать через клеточную мембрану, чтобы сделать их защитные свойства более доступными.

Источник: Медицинский колледж Джорджии