Ледяные протекторы
Ледяные протекторы
Природа часто демонстрирует нам оригинальность и мудрость решений собственных задач и проблем. Исследователю остается лишь обнаружить путь, уже проторенный в течение миллионов лет эволюции. Так случилось и с криопротекторами — веществами, защищающими организм от неблагоприятных последствий при охлаждении. Люди давно замечали, что некоторые холоднокровные существа способны без особого для себя вреда буквально вмерзать в лед. За примерами не надо далеко ходить — кто не слышал о «стеклянных» лягушках, выкопанных зимой из смерзшегося ила. Другой, менее известный пример — земноводные сибирские углозубы, впаянные в линзы льда вечной мерзлоты. Без особого вреда переносят ледяной плен многие низшие ракообразные. Все эти очень опасные для теплокровных трюки их холоднокровные собратья проделывают за счет накопленных у них в крови специальных веществ-криопротекторов. К ним относится глицерин, различные сахара.
Уже упоминавшиеся лягушки перед зимовкой резко увеличивают количество глюкозы в крови, превращаясь на время как бы в диабетиков. В результате их кровь хотя и охлаждается ниже нуля, но не замерзает. Подобный опыт можно легко проделать самостоятельно — поставьте в морозильную камеру холодильника два стакана. Один с обычной водой, а в другой добавьте пять-шесть ложек сахара и размешайте. В каком стакане вода замерзнет раньше? Криопротекторы хорошо известны и автомобилистам. Чтоб жидкость в радиаторе машины не замерзала, в нее добавляют специальные вещества.
Итак, добавляя к клеткам обычную глюкозу или глицерин, можно обезопасить их от действия коварных ледяных кристаллов, образующихся в воде при замораживании. В криобиологии применяются и другие вещества, способные обезопасить клетки от повреждений — диметилсульфоксид, лактоза, метанол и другие. К сожалению, подбирая тот или иной криопротектор, ученым часто приходится работать «на ощупь» — в этой области науки еще много неясного.
Холод холоду рознь. Клетка — коллоидная система. Ее содержимое похоже на густой клейстер. Для того чтобы ее хорошенько заморозить, нужны очень низкие температуры — ниже -150 °C. Самые мощные холодильники такой холод обеспечить не в состоянии. Успех криоконсервации обязан технологии получения сжиженных газов. Жидкий азот, кипящий при -196 °C — вот основа любого криокомплекса. Другие криогенные жидкости либо пожароопасны, либо легко взрываются. Сжиженные же инертные газы (гелий, например) пока стоят дороже золота. Промышленное же производство одного литра жидкого азота стоит очень дешево.
Сверхнизкие температуры не только мгновенно останавливают протекание всех биологических процессов в клетках, они также позволяют уберечь клетки от уже упоминавшихся коварных кристаллов льда. Очень быстро помещая клетки в жидкий азот, буквально «выстреливая» в него микрокаплями жидкости с находящимися внутри клетками, можно добиться сверхбыстрого замораживания. Скорость падения температуры достигает при этом фантастической цифры — 500–1000 градусов в секунду! При такой скорости заморозки кристаллы льда просто не успевают образоваться! Наступает так называемое «стеклование» — образование своеобразного аморфного состояния замороженной цитоплазмы. В таком состоянии замороженные клетки можно хранить годами.