Біологи повернули до життя заморожений ембріон, використовуючи нанотехнології

Більше ніж 60 років дослідники намагалися успішно кріоконсервувати (чи заморозити) ембріон рибок даніо – вид, який є важливою медичною моделлю для здоров’я людини. І ось вчені Інституту біології консервації Смитсоновского університету (SCBI) та Університету Міннесоти представили перші в історії відтворні докази успішної кріоконсервації ембріонів рибок даніо. Це відкриває дорогу для збереження вимираючих видів і створення нових способів боротьби з безпліддям.

“Щоб отримати результат, працюючи при таких низьких температурах, треба проявляти творчий підхід. Ми об’єднали біологію з інженерною технологією, щоб зробити те, що було неможливо раніше: успішно заморозити та розморозити риб’ячий ембріон, щоб він почав розвиватися, а не розвалюватися”.

Заморожуючи сперму, яйця й ембріони, природоохоронні організації можуть захищати види та їх генетичну різноманітність, що дозволяє зміцнити генетичний басейн і, отже, здоров’я диких популяцій. Хоча учені успішно заморожували ембріони багатьох видів ссавців та сперму багатьох видів риб, замерзаючі ембріони риб виявилися нескінченно складнішими. Успішна кріоконсервація ембріона вимагає охолодження ембріона в кріогенно-стійкому стані, потім зігрівання його з більшою швидкістю, ніж він був охолоджений, та використання антифризу (чи кріопротектора), щоб зупинити зростання кристалів льоду, які схожі на штирі на балоні, здатних розкрити мембрану й викликати розкладання ембріона. Рибні ембріони дуже великі, що утрудняє їх швидке нагрівання і запобігає розвитку льоду. Крім того, оскільки водні тварини потребують виживання у суворих умовах, їх ембріональні мембрани в основному непроникні,  та блокують кріопротектори.

У експерименті була використана лазерна нанотехнологія золота – швидко зростаюча технологічна область, критична для успіху дослідження, яке має широкий спектр біомедичних застосувань. Лазерна нанотехнологія золота була уперше використана для кріоконсервацій старшим автором Джоном Бишофом в Університеті відділу Міннесоти машинобудування. Золоті наностержні – це крихітні циліндри золота, яке перетворюють поглинене світло (наприклад, з лазера) у тепло. Автори дослідження вводили кріопротекторні та нанозернисті частки у ембріони. Частки золота переносили тепло рівномірно по усьому ембріонові при попаданні на нього лазера, прискорюючи процес прогрівання, і у поєднанні з криопротектором запобігали утворенню летальних кристалів льоду.

Ембріони, які пройшли цей процес, продовжували розвиватися принаймні до 24-годинної стадії, коли у них розвинулося серце, зябра, хвостова мускулатура та органи руху, доводячи свою життєздатність після відтавання.

Далі автори хочуть забезпечити збільшення виживаності ембріонів. Вони також досліджуватимуть використання автоматики, щоб збільшити кількість ембріонів, які успішно відтаватимуть відразу. Оскільки ембріони інших водних тварин – риб, амфібій та коралів – дуже схожі на ембріони рибок даніо, ця технологія може бути безпосередньо застосована до кріоконсервацій ембріонів багатьох видів. Також вона може бути налаштована на кріоконсервацію рептилій та ембріонів птахів та покращити процес кріоконсервування ембріонів ссавців, включаючи велетенських панд та великих кішок.