Đông lạnh tế bào sống: cơ chế và ý nghĩa

Các tế bào có thể tồn tại khi bảo quản ở nhiệt độ thấp như -196 độ C trong nhiều thế kỷ. Thách thức là xác định cách mà chúng có thể sống sót cả trong quá trình làm lạnh đến nhiệt độ như vậy và sự trở lại sau đó điều kiện sinh lý. Một yếu tố chính là liệu chúng có bị đóng băng bên trong tế bào hay không. Chúng sẽ đóng băng nếu quá trình làm lạnh quá nhanh, vì khi làm lạnh nhanh, lượng nước trong tế bào bị loại bỏ không đủ qua thẩm thấu để loại bỏ sự siêu đông lạnh. Các phương trình đã được phát triển mô tả động học của việc mất nước này và cho phép một người dự đoán khả năng đóng băng nội bào phụ thuộc vào tốc độ làm lạnh. Những dự đoán này phù hợp tốt với các quan sát. Mặc dù việc tránh đóng băng nội bào thường là cần thiết cho sự sống sót, nhưng điều đó không đủ. Việc đông lạnh chậm cũng có thể gây tổn thương. Khi băng hình thành ra ngoài tế bào, môi trường không bị đông lạnh còn sót lại tạo thành các kênh có kích thước giảm dần và nồng độ dung dịch tăng lên. Các tế bào nằm trong các kênh này và co lại do nước thẩm thấu phản ứng với nồng độ dung dịch tăng. Các lý thuyết trước đây đã quy trách nhiệm cho tổn thương đông lạnh chậm cho nồng độ dung dịch hoặc sự co lại của tế bào. Tuy nhiên, các thí nghiệm gần đây cho thấy thiệt hại chủ yếu do sự giảm kích thước của các kênh không bị đông lạnh. Quan điểm mới này về cơ chế tổn thương do đông lạnh chậm nên giúp phát triển các quy trình bảo quản tập hợp tế bào phức tạp có ý nghĩa sinh học, y tế và nông nghiệp.