Cum supraviețuiesc embrionii procesului de congelare?

Barry Behr este profesor asistent de obstetrică și ginecologie și director al laboratoarelor de fertilizare in vitro (FIV) la Universitatea Stanford și director de laborator de consultanță pentru Huntington Reproductive Centers. El a stat de vorbă cu editorul asociat al SciAm.com, Sarah Graham. Urmează o transcriere editată a conversației lor:
SA: Care este procesul folosit pentru înghețarea embrionilor?

Congelarea celulelor există de zeci de ani. Principala preocupare în crioconservarea celulelor este posibila formare de cristale de gheață în interiorul celulelor. Vă puteți imagina că acestea sunt ca niște mici lame de ras în interiorul unui balon: cristalele de gheață au colțuri ascuțite și mici vârfuri. Astfel, ele pot deteriora membrana unei celule sau membranele diferitelor structuri celulare care există în interiorul citoplasmei celulelor. Acest lucru este valabil pentru toate celulele, fie că este vorba de embrioni, friptură, pește, fructe sau legume. De fapt, cei mai mulți oameni pot experimenta efectele crioconservării atunci când gustă o bucată de pește care a fost congelat față de peștele proaspăt. De obicei, este mai tare, nu are un gust la fel de bun și pur și simplu are unele atribute negative care îl disting ca nefiind proaspăt. Iar acest lucru se datorează morții celulelor. Structurile naturale care există fie între celule, fie în interiorul celulelor sunt deteriorate în timpul procesului de congelare-dezghețare și, prin urmare, aroma sau textura țesutului este alterată. Din aceste motive, scepticii, cum sunt eu, și-au exprimat îngrijorarea cu privire la congelarea organelor întregi, deoarece este foarte dificil să aplici materialul protector de care celulele au nevoie pentru a supraviețui la țesuturile mari sau la organele sau părțile mari ale corpului.

Ceea ce ne aduce la congelarea de ovule, embrioni sau spermatozoizi. Cel mai avansat embrion pe care îl congelăm are între 100 și 120 de celule, ceea ce este cunoscut sub numele de blastocist. Acesta are o dimensiune de aproximativ 120 de microni, sau aproximativ o zecime de milimetru, astfel încât este foarte propice pentru congelare și utilizarea crioprotectorilor. Crioprotectorii sunt practic antigeluri pe care le adăugăm în soluțiile în care sunt congelate celulele pentru a le proteja de deteriorarea membranei și a cristalelor de gheață. Aceștia sunt concepuți atât pentru a permeabiliza celulele, adică pentru a pătrunde în interiorul celulelor, cât și pentru a deplasa apa pentru a preveni formarea cristalelor de gheață intracelulare. Acestea au o a doua funcție, aceea de a stabiliza membrana și de a o proteja împotriva deteriorării în timpul crioconservării. Și, în al treilea rând, oferă un mediu „hiper-osmotic” care ajută la procesul de deshidratare, care extrage apa din celule. Acest proces se realizează prin utilizarea de crioprotectanți compuși din molecule de zahăr de obicei mari, care creează o soluție mai concentrată în jurul celulelor, ceea ce, prin osmoză și difuzie, face ca apa să iasă. În același timp, crioprotectorii care sunt compuși din molecule mai mici, cum ar fi etilenglicolul sau glicerolul, sunt capabili să pătrundă în celulă, astfel încât aceasta să nu se micșoreze ca o stafidă. În schimb, aceasta își poate menține structura tridimensională într-o anumită măsură, dar nu se poate umple de apă. Deoarece celulele noastre sunt alcătuite în cea mai mare parte din apă, dacă le-am deshidrata până la punctul de a nu mai avea lichid, acestea ar fi deteriorate de așa-numitele efecte de soluție, care rezultă din faptul că celula este prea concentrată și nu are apa înlocuită de un alt compus.

Deshidratarea este unul dintre pașii cheie în crioconservare. Este important de reținut că motivul pentru care acest proces este atât de reușit în cazul embrionilor și al spermatozoizilor se datorează dimensiunii lor și numărului relativ scăzut de celule. Un ficat sau un rinichi are miliarde de celule și o structură tridimensională mare. O zecime de milimetru este relativ mică, în schimb, deși este totuși mare la nivel microscopic.
Există o tehnologie emergentă numită vitrificare care diferă de tradiționala crioconservare prin răcire lentă sau congelare lentă. Metoda tradițională necesită adăugarea secvențială de crioprotectanți pe o serie de 10 până la 20 de minute și apoi un proces de aproximativ două ore care răcește celulele cu aproximativ 0,3 până la două grade pe minut până la -196 grade Celsius, care este temperatura azotului lichid. Motivul pentru care răcirea se face lent este acela de a permite permeabilizarea crioprotectorilor și deshidratarea corespunzătoare a celulelor, astfel încât să nu se formeze cristale de gheață intracelulare.
Vitrificarea, însă, este o tehnică care folosește concentrații mult, mult mai mari de crioprotectanți – de aproximativ trei sau patru ori mai mari. Dar rata de răcire este de 10.000 de ori mai rapidă. Așadar, răcim lucrurile cu o rată de 10.000 până la 20.000 de grade pe minut, în esență prin scufundarea lor direct în azot lichid. Răcirea rapidă este necesară pentru a face două lucruri: pentru a preveni toxicitatea nivelurilor ridicate de crioprotectanți la temperatura camerei și pentru a realiza vitrificarea, ceea ce înseamnă formarea sticlei. Prin definiție, vitrificarea este o solidificare prin creșterea vâscozității. Astfel, în loc să treacă printr-o schimbare de fază de la lichid la solid, are loc formarea sticlei, ceea ce permite celulelor să fie conservate în starea lor existentă fără a trece prin deshidratarea completă pe care o obțineți în cazul răcirii lente. Dar are unele probleme. În primul rând, există îngrijorare cu privire la concentrația mare de crioprotectanți necesară. Cel mai important, singura modalitate de a obține rata de răcire necesară este de a avea celulele în contact direct cu azotul lichid, iar azotul lichid poate fi un vehicul de transmitere a bolilor. Vitrificarea este folosită destul de mult în Japonia și în câteva locuri din SUA, dar în prezent nu există sisteme sau medii de vitrificare aprobate de FDA în această țară. În schimb, există multe soluții crioprotectoare tradiționale pe care le puteți cumpăra de la vânzători care sunt autorizate de FDA. Așadar, deși vitrificarea este un pic problematică și nu a oferit încă rezultate superioare, este mult superioară în ceea ce privește termenul. De asemenea, nu necesită echipamente scumpe care pot răci camerele la o treime de grad pe minut. Ai nevoie de un aparat de 10.000 – 20.000 de dolari pentru a face acest lucru, față de ceea ce este în esență o găleată de polistiren în care poți turna azot lichid. Are unele avantaje teoretice, dar încă nu a ieșit din impas.

SA: Cât durează procesul tradițional de crioconservare?
Metoda standard durează aproximativ două ore. 196 grade C. negativ este aproape de zero absolut, dar nu este zero absolut, care este temperatura teoretică la care nu apare nicio activitate biologică. Cu siguranță este suficient de aproape pentru a opri activitatea biologică și a permite nașterea de copii din embrioni congelați care au fost congelați timp de până la 14 ani. Paisprezece ani este cea mai lungă perioadă de timp – din câte știu eu – pentru un embrion congelat care a dus la o naștere vie.

SA: Există limite cu privire la cât timp pot fi depozitați embrionii?
Este teoretic mult mai mult decât . Ar trebui să fie un secol sau chiar două, chiar, deși nu este nerezonabil să ne gândim că ar exista o anumită degradare în timp. Am învățat multe despre crioconservare de la prima congelare de embrioni de acum aproximativ 20 de ani. Embrionii care au fost congelați atunci ar fi putut fi folosiți cu toții – oamenii nu așteaptă de obicei 14 ani pentru a avea copii. Natura reproducerii și a construirii familiilor nu favorizează cu adevărat un mediu care să îți permită să aștepți 50 de ani înainte de a-ți decongela embrionii. Cu excepția cazului în care fiica dvs. a vrut să poarte un frate sau o soră, de exemplu, ceea ce, în teorie, este posibil: o persoană născută în urma unei fertilizări in vitro poate avea încă embrioni de frați sau surori înghețați și, când ajunge la 30 de ani și este infertilă, ar putea, din punct de vedere tehnic, să decongeleze embrionii care au fost creați în același timp cu ei, să îi gesta și să aducă pe lume un frate sau o soră. Acest lucru nu s-a întâmplat încă, dar ar putea fi posibil.

SA: Cum sunt tratați embrionii înainte de a fi utilizați sau implantați?

Este practic procesul invers. Factorii cheie care trebuie obținuți la decongelare sunt rehidratarea celulei fără a o face să explodeze. Noi le încălzim în aer și într-o baie de apă în loc să le încălzim într-o mașină, iar rata de încălzire este mai puțin precisă și mult mai rapidă decât rata de răcire. Embrionii sunt trecuți printr-o serie de etape pentru a dilua lent crioprotectorii care au fost adăugați atunci când au fost congelați. Este o diluare treptată a crioprotectorului pe măsură ce celulele sunt încălzite mai întâi la temperatura camerei și apoi la temperatura corpului. Ele sunt apoi, practic, lăsate să se odihnească și, de obicei, sunt implantate în termen de două până la patru ore de la atingerea temperaturii corpului.

Ca o notă, înghețarea cu succes a spermatozoizilor a fost realizată cu mult înainte de orice alt tip de înghețare a celulelor. Sperma poate fi congelată cu ușurință deoarece nu are citoplasmă și, prin urmare, nu este susceptibilă la toate tipurile de daune menționate anterior.
SA: Care sunt cifrele privind ratele de succes ale FIV cu embrioni congelați?
Primul copil provenit dintr-un embrion crioconservat s-a născut în 1986. Rata de succes a FIV cu embrioni congelați este de aproximativ două treimi din ceea ce ar fi cu embrioni proaspeți. Este dificil de oferit o cifră definitivă, deoarece depinde de materiile prime cu care aveți de-a face. Rata de sarcină este determinată în primul rând de vârstă, așa că, dacă aveți 40 de ani, șansele dvs. sunt mult mai mici decât cele pe care le aveați la 30 de ani, de exemplu.

.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.