Ученые МГУ улучшили технологию заморозки клеток человека для их хранения

Специалисты МГУ предложили инновационный метод стабилизации клеточных мембран человека с помощью холестерина, что может значительно повысить их выживаемость при криоконсервации. Криоконсервация широко применяется в биологии и медицине для длительного хранения клеток и тканей, однако стандартная процедура заморозки и разморозки часто приводит к гибели более половины клеток. Об этом сообщили в пресс-службе вуза.

Исследователи выяснили, что для увеличения содержания холестерина в клеточных мембранах и, как следствие, улучшения эффективности криоконсервации, можно использовать продукты самосборки анионных карбоксиметил-циклодекстринов на поверхности катионных липосом. Эти наноконтейнеры обладают высокой способностью удерживать холестерин.

Разработанная методика может существенно улучшить технологию криоконсервации клеток, открывая новые перспективы для сохранения биологических материалов и применения их в различных областях науки и медицины. 

Исследование проводилось в рамках проекта 23-Ш01-15 Междисциплинарной научно-образовательной школы МГУ «Фундаментальные и прикладные исследования космоса». Результаты были опубликованы в журнале «Вестник Московского университета».

Криоконсервация биоматериала значительно расширяет возможности современной биологии и медицины. Она позволяет сохранять генетический материал и является неотъемлемой частью вспомогательных репродуктивных технологий. Однако процесс заморозки и разморозки клеток может привести к повреждению мембран сперматозоидов из-за образования кристаллов льда и осмотического шока. Это может привести к потере жизнеспособности клеток, снижению их подвижности и морфологических показателей на 30-70%.

Для снижения негативных последствий криоконсервации используются криопротекторные среды, содержащие глицерин и дисахариды, такие как трегалоза и сахароза. Однако наиболее эффективным методом для сохранения жизнеспособности клеток является стабилизация мембраны путем повышения концентрации холестерина в ней.

Доцент кафедры биофизики физического факультета МГУ Екатерина Симоненко рассказала, что одна из самых актуальных и сложных задач для ученых — придумать эффективный способ доставки молекул холестерина в мембраны клеток, который можно было бы использовать в рутинных методах криоконсервации.

«В нашей научной группе предложили использовать олигосахариды — циклодекстрины — в качестве такого "доставщика" холестерина к мембранам клеток и добавить их как компоненты в криопротекторные среды для повышения выживаемости клеток при криоконсервации. В ходе работы мы установили, что включение молекул холестерина в производные бета-циклодекстринов позволяет создавать криопротекторные среды, обогащающие клеточные мембраны холестерином и повышающие их устойчивость к осмотическому шоку», — сказала она. 

Доцент кафедры высокомолекулярных соединений химического факультета МГУ Андрей Сыбачин также высказался насчет эксперимента:

«Мы, в свою очередь, задались вопросом, как организовать взаимодействие комплексов циклодекстрин-холестерин с клеточной мембраной с максимальной эффективностью. Для этого мы создали биосовместимый наноконтейнер на основе катионной липосомы, поверхность которой покрыта молекулами карбоксиметил бета-циклодекстрина. Оказалось, что такой наноконтейнер способен транспортировать гидрофобные соединения, в том числе и холестерин, в количествах на порядок превышающих емкость традиционных липосомальных наноконтейнеров», — сказал он.

Исследователи химического и физического факультетов МГУ обнаружили, что молекулы карбоксиметилциклодекстринов (КМЦД) не просто адсорбируются на липидные мембраны, а формируют надмолекулярные структуры. Для визуализации этих структур ученые использовали комбинацию методов Лэнгмюра-Блоджетт и атомно-силовой микроскопии.

Сначала были созданы липидные монослои, к которым добавляли различные количества циклодекстринов. Затем полученные комплексы переносили на подложку и анализировали их морфологию. В результате было установлено, что независимо от соотношения липидов и циклодекстринов, олигосахариды формируют многоуровневые структуры. При этом на один катионный липид может приходиться до 10 молекул циклодекстринов.

Этот результат имеет большое значение для создания наноконтейнеров для доставки гидрофобных соединений. Обычно для липосомальных наноконтейнеров доля включенных водонерастворимых веществ не превышает 10%. Поскольку молекулы бета циклодекстрина могут инкапсулировать от 0,5 до 1 молекулы гидрофобного соединения с ароматическим фрагментом, емкость комплексного наноконтейнера по таким соединениям значительно превышает емкость единичной липосомы.

Этот результат особенно важен для обогащения мембраны сперматозоидов холестерином. Использование липосом для этой цели неэффективно, так как вместе с целевым холестерином вводятся и липиды, образующие липосому. Комплекс олигосахаридов с катионной липосомой может не только доставить значительное количество холестерина в мембрану, но и обеспечить более эффективную адсорбцию наноконтейнера на поверхности клеток благодаря своему заряду.

Дальнейшими планам исследования поделился студент физического факультета МГУ Илья Григорян:

«Сейчас ведется работа по оптимизации состава наноконтейнера, подбора подходящего состава липидов, размера липосом, а также общего заряда. Помимо этого, также будет проверена гипотеза о возможном влиянии комплексного наноконтейнера на снижение образования кристаллов льда при криозаморозке сперматозоидов», — сказал он.