凍結保存

凍結保存、凍結による細胞および組織の保存。

イアン・ウィルムット卿：教育と凍結保存研究

ウィルムットはウォリックシャーの歴史的なイギリスの郡の町コベントリーで育ち、大学の農業大学に通った

。

凍結保存は、特定の小分子が細胞に入り、脱水および細胞内氷晶の形成を防止する能力に基づいています。これにより、凍結プロセス中に細胞死および細胞小器官の破壊が引き起こされる可能性があります。2つの一般的な凍結保護剤は、ジメチルスルホキシド（DMSO）とグリセロールです。グリセロールは主に赤血球の凍結保護に使用され、DMSOは他のほとんどの細胞や組織の保護に使用されます。極度の脱水に耐えることができる生物で発生するトレハロースと呼ばれる砂糖は、凍結保存の凍結乾燥方法に使用されます。トレハロースは細胞膜を安定化させ、特に精子、幹細胞、血液細胞の保存に役立ちます。

細胞凍結保存のほとんどのシステムは、制御された速度の冷凍庫を使用します。この凍結システムは、細胞懸濁液が配置されている密閉チャンバーに液体窒素を送り込みます。凍結の速度を注意深く監視することで、急速な細胞の脱水と氷晶の形成を防ぐことができます。一般に、セルは、制御された速度の冷凍庫で室温から約-90°C（-130°F）まで取り出されます。次に、凍結した細胞懸濁液を、蒸気相または液相のいずれかに窒素を入れて、極低温に維持された液体窒素フリーザーに移します。凍結乾燥に基づく凍結保存は、液体窒素フリーザーの使用を必要としません。

凍結保存の重要な用途は、骨髄と末梢血に見られる造血幹細胞の凍結と貯蔵です。自家骨髄救助では、大量化学療法による治療の前に、造血幹細胞が患者の骨髄から採取されます。治療後、患者の凍結保存された細胞は解凍され、体内に注入されます。高用量の化学療法は骨髄に非常に有毒であるため、この手順は必要です。造血幹細胞を凍結保存する能力は、特定のリンパ腫および固形腫瘍の悪性腫瘍の治療の結果を大幅に向上させました。白血病の患者の場合、その血液細胞は癌性であり、自家骨髄の救出には使用できません。結果として、これらの患者は、新生児の臍帯から収集された凍結保存された血液、またはドナーから得られた凍結保存された造血幹細胞に依存しています。1990年代後半から、造血幹細胞と間葉系幹細胞（胚性結合組織に由来）は、骨格筋組織と心筋組織、神経組織、骨に分化できることが認識されています。今日、組織培養システムにおけるこれらの細胞の成長、ならびに神経系および筋肉系の障害ならびに肝臓および心臓の疾患を含む多種多様な障害に対する将来の治療のためのこれらの細胞の凍結保存に強い関心が寄せられている。 。

凍結保存は、ヒトの胚および精子を凍結および保存するためにも使用されます。それは体外受精（IVF）によって生成される余分な胚の凍結に特に価値があります。カップルは、その後の妊娠のために、または体外受精が新鮮な胚で失敗した場合に、凍結保存胚を使用することを選択できます。凍結胚移植の過程で、胚は解凍され、女性の子宮に移植されます。凍結胚移植は、そのような胚から生まれた子供たちの間の小児がんのリスクのわずかではあるが有意な増加と関連しています。

深刻な低体温症は、人間の患者に使用される軽度の凍結保存の一種で、重要な用途があります。重度の低体温症の誘導の一般的な用途は、複雑な心血管外科処置です。患者が心肺装置を使用して完全な心肺バイパスに配置された後、血液は冷却チャンバーを通過します。患者の制御された冷却は、約10〜14°C（50〜57°F）の非常に低い温度に達することがあります。この量の冷却により、すべての脳の活動が効果的に停止し、すべての重要な臓器が保護されます。この極度の冷却が達成されると、心肺装置を停止でき、外科医は循環停止中に非常に複雑な大動脈および心臓の欠陥を修正できます。この間、患者の体内を循環する血液はありません。手術が完了した後、血液は冷却に使用したのと同じ熱交換器で徐々に温められます。徐々に体温が正常な体温に戻ると、正常な脳と臓器の機能が回復します。ただし、この深刻な低体温症は、凍結や長期の凍結保存からはかけ離れています。

適切に凍結すれば、細胞は10年以上生存できます。さらに、副甲状腺、静脈、心臓弁、大動脈組織などの特定の組織は、正常に凍結保存できます。冷凍は、初期のヒト胚、卵子（卵）、および精子の長期生存能力を保存および維持するためにも使用されます。これらの組織に使用される凍結手順は十分に確立されており、凍結保護剤の存在下では、組織を-14°C（6.8°F）の温度で長期間保存できます。

研究により、凍結保護剤の非存在下で凍結された動物全体が解凍時に無傷のDNAを含む生細胞を生成できることが示されています。たとえば、-20°C（-4°F）で15年以上保管されたマウス全体の脳細胞の核は、胚性幹細胞の系統を生成するために使用されてきました。これらの細胞は、その後マウスクローンを生成するために使用されました。